耐高温覆膜砂在中小型铸钢件上的应用_张健

耐高温覆膜砂在中小型铸钢件上的应用

张健，康德林

（沈阳金安铸造材料有限公司，辽宁 沈阳 110101）

摘要：本文根据覆膜砂的特性，介绍了作者公司生产的覆膜砂在铸钢件生产中遇到的质量问题，分析其产生的原因，针对不同的实际情况，采用不同的配方和工艺，完全可以用覆膜砂工艺生产出符合要求的铸钢件产品，尤其适合于熔模铸造工艺生产的铸钢件。

关键词：覆膜砂；铸钢件；熔模铸造

由于铸钢件具有许多优良的性能，如碳钢、低合金钢兼有高强度、高韧性及良好的铸造、焊接性能；而特殊钢种又能满足耐磨、耐热、耐腐蚀、耐低温等特殊工况条件的要求。因而，铸钢件在重型、矿山、交通、电站、机械、航天等许多行业得到了广泛的应用。目前，从对铸钢件的需求来看，还是以中、大型铸件居多，而要求批量生产的、小型和中型偏小的铸件相对来说比较少些，但数量较多，而且，属于薄壁、精密、复杂的铸件，因此，它在各个工业领域里起到了十分重要的作用。

目前，生产小型和中型偏小的铸钢件的工艺方法颇多，而且各种方法又各具特色，各有各的优缺点。根据铸钢的熔点高，钢液易氧化、钢水的流动性差、收缩大，铸钢件易出现浇不足、冷隔、缩孔和缩松、裂纹及粘砂等铸造缺陷的特点，寻找较优的小型和中型偏小的铸钢件生产工艺应是世界各国铸造工作者们亟待解决的技术关键。从我国实际生产所应用的铸造生产工艺出发，在生产中已应用的工艺方法大致有如下三种：粘土湿型砂、树脂自硬砂和熔模铸造法。

(1) 粘土湿型砂

采用粘土湿型砂，最大的制约是砂型的强度不高，导致该造型方法容易使铸件产生一些铸造缺陷，如夹砂、砂眼、气孔、缩孔缩松、表面粘砂、裂纹、胀箱等，需焊修处理的缺陷量比较大，清理成本高。因此，从世界各国的情况看来，用粘土湿型砂生产的铸钢件不是很多，用自动造型生产线生产的则更少，所以，当前粘土湿型砂主要还是用于生产铸铁件。

(2) 树脂自硬砂

我国从1973年开始研究应用呋喃树脂自硬砂以来，由于该造型工艺具有铸件尺寸精度高和表面质好（尺寸精度CT10～12，表面粗糙度为Ra25～50μm），型芯溃散性好，铸件落砂清理容易，旧砂干法再生回用容易，回用率高（90%以上）等优点。现已在我国中大型铸钢件上取得了较大的进展和广泛的应用。但是，由于树脂砂的热膨胀系数大，高温退让性差，铸钢件易产生裂纹。粘结剂系统含S、N等有害元素，易造成铸钢件表面渗碳、渗硫、表面微裂纹；型砂发气量较大，铸件易出现气孔缺陷或N导致的皮下气孔；混砂、造型、浇注、落砂、清理过程中产生SO2、CO等有害气体，污染作业环境。所以，呋喃树脂砂工艺用于铸钢件的生产不是一种理想的选择，特别是对于生产薄壁、结构复杂的泵、阀、机车类中小型铸钢件则更不可取。

(3)熔模铸造法

按其产品要求和精铸生产工艺的不同，可将其分为两大类：第一类是采用高质量模料、高压制模、硅溶胶和硅酸乙醋型壳、蒸汽脱蜡、快速大气或真空熔炼浇注工艺，即国际通用的熔模铸造工艺。它可生产出的铸件精度CT4～6级，表面粗糙度Ra 0.8～6.3μm，主要是用来生产航空及燃气轮机叶片等高质量熔模铸件;或一般不锈钢、低合金钢、碳钢等熔模铸件。这类铸件需要的技术水平和生产成本较高，在我国所占整体份额不大。第二类是采用低质量的石蜡硬脂酸模料、低压制模、

作者简介：张健，高级工程师，E-mail : sy_jinan@。

水玻璃型壳、热水脱蜡、慢速大气熔炼浇注工艺。它可生产出的铸件精度CT7～9级，表面粗糙度Ra 2.5～25μm，主要是用来生产质量要求不高的碳素钢和低合金钢件。由于具有生产周期较短、原辅材料价格低、设备投资少的特点，在国内的载重汽车、拖拉机、工程机械、冶金设备、机床和泵阀等行业得到了广泛的应用。它是目前我国取代砂型铸造生产小型精密、复杂铸钢件的主要造型方法。但是，存在铸件加工余量大，能耗和原材料消耗多，生产周期长，环境污染重，生产效率低等问题。

鉴于目前在铸造生产中采用的上述三种生产小型精密铸件的工艺方法，都存在一定的不足，本文作者根据热芯盒呋喃树脂砂流动性差，冷芯盒用芯砂的流动性虽好，但出盒强度低，而提出了采用树脂覆膜砂壳型铸造工艺，来生产小型精密铸钢件的铸型工艺。

壳型铸造是20世纪40年代由德国开发出来的，但在国内对其研究较晚。与普通砂型铸造相比，壳型铸造具有设备投资少，占地面积小，生产方便，生产效率高，铸造用砂量少，生产现场粉尘少、噪声小，因而对环境的污染小，铸件表面光洁度高，尺寸精度高等特点，在我国汽车工业的铸铁件上得到了广泛的应用。为了提高覆膜砂的耐热性，我国采用了特种原砂(如锆砂、铬铁矿砂等)加工成特种覆膜砂，以满足生产需要。但锆砂、铬铁矿砂等特种原砂的资源稀少，价格昂贵，依靠进口；而且，在铸钢件的表面,特别是在铸件的孔洞( 芯头) 处及拐角处的表面，出现流痕状或皱皮状的铸造缺陷，严重影响了铸件表面质量，限制了它在生产中的应用。我们根据用覆膜砂生产小型铸钢件的浇注温度高，金属流动性差和铸件收缩大等特点，通过对酚醛树脂进行改性,提高其耐热性，改善其热性能的同时，并添加一些特殊辅助材料，延缓树脂的分解,抑制分解时产生的热量，进一步改善覆膜砂的流动性，提高其高温强度及其稳定性,并保持较低的发气性，从而开发了一种石英砂基特种耐高温覆膜砂，它具有优异的高温性能和其他综合铸造性能，能代替昂贵的锆砂覆膜砂来生产各种复杂的小型精密铸钢件，显著降低了成本，提高了铸件的成品率和质量。该耐高温覆膜砂的高温抗压强度由普通覆膜砂的0.1～0.2MPa 提高到0.8MPa 以上，耐热时间由普通覆膜砂60～110s 提高到150s 以上，室温抗拉强度大于3.5MPa，热抗强度大于2.0MPa，发气量低于18ml/g(参见表1)。

表1 覆膜砂的性能参数

该铸钢覆膜砂在一些铸造生产厂家实际应用表明，铸件表面光洁无粘砂，尺寸精度能满足产品要求，并且，生产成本低，制造周期短，经济效益显著。图1为黑龙江某铸钢厂生产的低合金钢斗齿，材质为低合金镍铬钼铸钢，重量：13kg，浇注温度：1600℃；图2是沈阳某铸钢厂采用耐高温覆膜砂生产的重量2.0～9.0kg 的捆绑座、牵引钩、旁承座和侧门折页等小型铸钢件，材质是B 级钢或ZG230-450，浇注温度是1550～1560℃，这些小型铸钢件过去都是采用熔模精密铸造方法生产的。图3是丹东某铸钢厂生产的小型铸钢件端盖，材质：316或304，单件质量：1.5kg ，浇注温度：1570～1600℃。

品名 技术性能指标

高温抗拉

强度/MPa

常温抗拉 强度/MPa 耐热时间/s 软化点/℃ 发气量/ml/g SiO 2/% 铸钢覆膜砂 2.0～2.4 4.0～5.0 155 93±2 16 ≥98