改性水玻璃有机酯自硬砂的试验及应用

从以上数据可以看出，型砂的终强度与改性水玻璃 及有机酯的加入量有关，随着水玻璃加入量的增加，型 砂终强度逐渐提高。 改性水玻璃有机酯自硬砂 &%C 抗拉强度应在 #$ + ( )$ &678，而我们做的大量试验得出的砂芯抗拉强度，均
# !" ! " # # 年 第 # 期$ 热 处 理" 锻 压" 铸 造 ! ! !" # $ % & ’ ! ( ) * + , -. / 0 1 " 2 ( #
!% 有机酯
一缩二乙二醇二醋酸酯（ 414 有机酯） ，是一种硬 化剂，粘度小，无毒，能与水玻璃均匀混成一体。 试验用的有机酯型号见表 5 。
表 &$ 固化剂性能指标
牌号 >?1—)5) >?1—)5& >?1—)55 >?1—)5% 粘度 " 678・9 3 )## 3 )## 3 )## 3 )## 密度 " :・;*
"% 型砂硬化速度
型砂硬化过快意味着可使用时间 变 短，来 不 及 操 作，终强度也会明显降低。硬化速度过慢会降低生产效 率，同时也会导致终强度降低。因此，对不同铸件控制 适当的砂型硬化速度是很有必要的。 影响硬化速度的因素主要有： （ # ） 同等条件下，气温越高，硬化速度越快。 （ $ ） 水玻璃有机酯型号不同，硬化速度不同。 （ % ） 固化剂的种类。快酯硬化速度高，慢酯硬化速 度低。通过多次试验，在实际生产中调整快酯与慢酯比 例是控制硬化速度的主要手段。 （ & ） 有机酯加入量提高，硬化速度略有上升。 （ ’ ） 根据试验摸索，加入慢酯，反应时间长，型砂 强度好；加入快酯，反应时间短，型砂强度低。
)% 型芯存放性
改性水玻璃有机酯自硬砂的存放性比 ./$ 水玻璃砂 好，无返碱粉化现象。存放期间应防止型芯受潮，必要 时增加烘干措施。
*% 型砂溃散性
改性水玻璃有机酯自硬砂的溃散性比呋喃树脂砂稍 差。在其他条件相同时，型砂的溃散性随水玻璃加入量 的减少而改善。改性水玻璃加入量在 %0 *1 ( %0 ’1 时， 铸件落砂后贴近铸件表面的砂块用手捏时稍用力即碎。
4
一、%&" 水玻璃石灰石砂和呋喃树脂自硬 砂存在的主要问题
$’ %&" 水玻璃石灰石砂存在的主要问题
（ & ） 型芯表面易过吹粉化，冬季硬透性差。 （ % ） 铸件尺寸精度低，表面质量差。 （ ’ ） 水玻璃加入量高，型砂溃散性差，铸件出砂清 理困难，工人劳动强度大，清理费用高。 （ ( ） 采用水爆清理，铸件易产生裂纹。 （ ) ） 废水处理成本高，废砂 排 放 量 大，排 放 的 废 水、废砂污染生态环境。
（3 ）
<=% $’ — /0 22 /0 22
4
热加工
热 处 理" 锻 压" 铸 造! " # $ $ 年 第 $ 期 # !" ! ! !" # $ % & ’ ! ( ) * + , -. / 0 1 " 2 ( #
! ! ! ! ! ! !
铸! ! 造
!"#$%&’
从表中的粒度分布可了解到，适合生产的型砂粒度 ， 主要集中在筛孔直径为 #$ %&’ ( #$ &)&** （ %# ( +# 目） 硅砂可使用量占总量的 ,#- ，符合原砂粒度标准。 测原砂粒度 的 目 的 是，原 砂 粒 形 好，粒 度 分 布 集 中，含泥量及微粉含量少，砂粒表面形貌好，有利于型 砂获得高的终强度。 原砂中 ./0& 含量高，砂子的耐火度就高，生产出的 铸件不易粘砂。 （ & ） 原砂含水量测定! 试验中所选用的仪器为 .12 双盘红外线烘干器。经过多次测定得出，原砂含水量在 #$ &- ( #$ %- 之间，符合标准原 砂 的 要 求（ 含 水 量 3 #$ ’- ） 。 需注意的是，随着季节的变化，空气中的湿度会有 变化，对原砂的使用会有一定的影响，但只要保证原砂 入厂含水量合格，原砂使用中加以保护，原砂含水量是 可以得到控制的。 测原砂含水量的目的是，型砂中含水量较大时，硬 透性会变差，当超过一定值时，型砂终强度也会下降。
热裂。 （ ’ ） 固化剂含 *、+、, 元素，铸件表面产生渗硫、 渗氮，热节部位绝热性好，加剧了铸件的渗硫、渗氮。 铸件发气量大，易产生气孔。
二、试验用原材料及技术要求
改性水玻璃有机酯自硬砂原辅材料有：原砂、改性 水玻璃、有机酯和耐火涂料。这 ( 种材料质量的合理选 用，将直接关系到型砂的配比、铸件的质量和生产成本。
#% 型砂可使用强度
根据以上混砂工艺，在相同温度、湿度条件下（ 温 度 &# ( &F= ，湿度 F#- ( +5- ） ，我们选取不同的有机 酯和水玻璃的配比，制出不同砂芯试样，逐一进行性能 测试，数据见表 ’ 、表 F 。
表 ($ 水玻璃固化剂配比对强度的影响
水玻璃 型号 水玻 璃量 固化 剂 %C #$ &+ #$ &+ #$ 5% #$ 5’ #$ 5, )#C #$ %& #$ %’ #$ ’) #$ F, #$ +’ &%C #$ +’ #$ @# )$ ## )$ )# )$ &) %,C & &$ ) &$ & &$ 5 &$ % 抗拉强度 " 678
&% 型砂可使用时间
决定可使用时间的因素主要是硬化速度。其硬化速 度快，可使用时间就短。在控制型砂硬化速度时，要兼 顾可使用时间的要求。一般要求型砂可使用时间在 ’ ( )*+,-。通过选用不同型号的改性水玻璃和有机酯，及 其不同的配比，可以满足生产需求。
’% 型砂可脱模时间
在满足型砂其他性能要求的前提下，一般对可脱模 时间不存在如何控制的问题，重要的是我们如何正确判 断可脱模时间，如果判断失误，提前 脱 模，会 造 成 粘 模，砂型破损或堆模，致使砂型报废；反之，若无端延 长脱模时间，不易起模造成破损，同时降低生产效率， 影响正常生产。实际生产中，我们采用敲击砂型听声， 或用铁钉探视砂型硬透深度等手段来判断可脱模时间。
热加工
!"#$%&’
铸! ! 造
! ! ! ! ! ! !
达到以上安全指标要求。理论上是强度越高，安全使用 性能越好，但在试验观察中得出，水玻璃加入量越高， 型砂强度也越高，型砂反应就越快，生产中可使用时间 就越短，因此给生产操作带来不便。因此，在保证强度 要求的情况下，应合理选择水玻璃的加入量。
合格率 （3 ）
&
&20 ’
(5
5/0 5 (10 2 5& )&0 &
&)0 %
&
/0 % 1’0 %
4
%// /0 6 &20ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ) ((0 )
&(0 % &0 ) /0 ’ 1’0 ’ &)0 2 &0 % /0 ) 1(0 %
4
%// /0 5 &’0 2 (10 ) 260 ) )/0 (
"’ 呋喃树脂自硬砂存在的主要问题
)$ ) ( )$ & )$ ) ( )$ & )$ ) ( )$ & )$ ) ( )$ &
&$ , 5$ # 5$ &
表 )$ 固化剂不同配比对可使用时间的影响
（ )5% ） 固化剂配比 )##可使用时间 ’ (, " */E 注：固化剂配比采用的是 >?1—)5& 与 >?1—)5% 之比。 )# ( )’ &# ( 5# 5# ( %# %# ( F# ’G ’ +G 5 ,G & @G )
$’ 原砂
高质量的原砂有利于以较少的水玻璃和有机酯的加 入量，获得较高强度和较好溃散性的型芯砂。 （ & ） 原砂粒度及化学成分 ! 试验用的原砂为硅砂， 粒度组成见表 & ，化学成分见表 % 。
表 $! 原砂粒度
粒度 " .. 原砂 重量 "%// /0 1) /0 2/ /0 (%) /0 ’/ /0 %&% /0 /)’ 底盘误差 粒度组成（ 3 ） & % ’
<5
序号
（ - ）（ - ） &C &$ % &$ F )& )& )& )& )& #$ &) #$ && #$ &5 #$ &% #$ 5)
酯含量 （- ） ,# ,’ @# @%
使用温度 "= )&’ （ 慢速） )’ ( &’ （ 中速） ’ ( )’ （ 中快速） ,’ （ 快速）
) & 5 % ’ .—)#)
热加工
热 处 理" 锻 压" 铸 造! " # $ $ 年 第 $ 期 # !" ! ! !" # $ % & ’ ! ( ) * + , -. / 0 1 " 2 ( #
! ! ! ! ! ! !
铸! ! 造
A &$ # A &$ # A &$ #
,#$ ’ ,#$ ’ ,#$ ’
三、改性水玻璃有机酯自硬砂的工艺性能 及其影响因素
在型砂试验中，我们使用的设备是 )#B " C 连续式混 砂机，其加料顺序及混砂工艺如下： 原砂 D 酯0 0 0 0% D 水玻璃0 0 0 0%出砂。
) ( )$ ’*/E ) ( &*/E 搅拌均匀 搅拌均匀
&% 改性水玻璃
改性水玻璃是通过在普通水玻璃中添加多种高分子 有机酯和无机添加剂进行复合改性得到的。在相同条件 下，改性后的水玻璃与普通水玻璃相比，型砂的终强度 可提高 &#- 左右。改性水玻璃的技术指标见表 % 。
’% 涂料
涂料是提高铸件表面质量的有效措施之一。目前涂 料分为水基涂料和醇基涂料。水玻璃自硬砂适用于醇基 快干涂料，而不适于用水基涂料。因为水玻璃自硬砂对 水分十分敏感，涂料中的水分渗入型芯中，会降低型砂
!"#$%&’
铸! ! 造
! ! ! ! ! ! !
改性水玻璃有机酯自硬砂的 试验及应用
沈阳国际工程咨询中心! （ 辽宁! ""##"$ ） ! 王桂民
! ! 【 摘要】 ! 通过改性水玻璃和有机酯的不同配比试验，掌握各种配比情况下型砂的铸造性能。生产实践 表明，采用改性水玻璃有机酯自硬砂后，铸件气孔、裂纹减少，避免表面渗硫、渗氮现象发生，尺寸精度高， 型砂溃散性好。
表面强度。
表 ’$ 改性水玻璃技术指标
改性水玻璃 牌号 模数 " :・;* >?.—)#) >?.—)#& >?.—)#5 &$ &% &$ &% &$ &%
<5
密度
抗压强度 加入量 （- ） % % % " 678
)###= 高 温强度 " 678
)$ 5 ( )$ ’ )$ 5 ( )$ ’ )$ 5 ( )$ ’
四、现场生产应用
我们选用改性水玻璃有机酯自硬砂生产了衬板类、 轴承座、齿轮、护板、横梁、轴头、端盖、架体和上刀 座等铸件，通过实际生产证实，型砂强度、硬化速度、 可使用时间及型芯硬透性均比较理想，适合生产。在衬 板打箱清砂时，型砂溃散性好，且铸件表面光滑，无起 皮、皱纹现象发生。 图 # 所示为我厂生产的压机动梁型腔芯子，在起模 和下芯子时均无破损、裂缝，砂芯表面光滑致密，型砂 强度良好。 图 $ 为砂箱造型生产的高铬衬板，铸件打箱后表面 质量光滑、洁净，与呋喃树脂砂铸件表面质量相当。
改性水玻璃有机酯自硬砂是利用有机酯与改性水玻 璃反应达到自硬的目的，它具有室温自硬不烘干、不吸 湿和造型容易掌握，以及易清砂的特点，因而铸件的尺 寸精度和表面质量有很大的提高，而且降低能耗和改善 劳动条件，与树脂砂相比无毒，发气 量 低，不 污 染 环 境。水玻璃及有机酯来源丰富，使用有机酯自硬砂综合 成本低，因此越来越受到国内外铸造工作者的重视。目 前，我国铸钢件使用的型砂主要有 #$% 水 玻 璃 石 灰 石 砂，呋喃树脂自硬砂，同时辅以优良的抗粘砂、耐火度 高的特种砂。
(% 型砂硬透性
从大量制芯试验中可得到改性水玻璃有机酯自硬砂 的硬透性好于 ./$ 水玻璃砂，与呋喃树脂砂相当。温度 低、湿度大时，型芯硬透性下降；硬化速度过快，硬透 性不好；型砂中含水量大时，硬透性差；有机酯加入量 不足时，硬透性明显变差。 另外，打箱后可看到型砂与铸件接触表面形成一层 硅酸盐氧化铁壳，型砂较易清理，与呋喃树脂砂性能相 接近。但较大热节处有局部粘砂烧结现象，在以后的生 产中，特殊部位还需结合特种铸造型砂来减少粘砂、烧 结缺陷。
（ & ） 型砂导热性差，铸件浇注后砂型温度变化缓 慢，高温受热区狭小，砂型整体强度和硬度较高。 （ % ） 砂型高温热膨胀大，砂型产生的热应力大，砂 型高温退让性差，铸件的收缩应力大，易导致铸件产生
原砂 &4 % ’
4
表 "! 化学成分（ 质量分数）
*7$% 610 %% 650 && 650 &2 89% $’ /0 &/ /0 %/ /0 ’2 #:$ /0 (( 微量 /0 (( ;-$ 微量 /0 1/ /0 )2