铸钢用几种自硬砂综述

生产薄壁类铸钢件用几种自硬砂工艺综述

生产铸钢件可供选择的型砂工艺有：呋喃树脂自硬砂工艺、碱性树脂自硬砂工艺、pepset 法自硬砂工艺、新型水玻璃自硬砂工艺。这四种自硬砂工艺的基本情况如下：

一、四种自硬砂工艺的概述

（一）呋喃树脂自硬砂工艺

1、工艺主要优势

（1）铸件表面质量和尺寸精度高。

（2）型芯溃散性好，铸件落砂清理容易。

（3）旧砂干法再生回用容易，回用率高（≥90％）。

这些优点使该工艺在铸件生产中得到大面积推广应用，尤其是铸铁件的生产。

2、工艺缺点

多年的理论研究和生产实践表明，用呋喃树脂砂工艺生产铸钢件有难以解决的技术难题。

（1）呋喃树脂砂热膨胀系数大，高温退让性差，铸件易产生裂纹，尤其是薄壁、壁厚差较大，结构复杂的铸钢件。

（2）粘结剂系统含S、N等有害元素，易造成铸件表面渗硫，造成表面微裂纹，以及N导致的气孔或皮下气孔。

（3）型砂发气量较大，铸件易出现气孔缺陷。

（4）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。

正是由于上述一些原因，导致某些工厂不能把所有产品都使用呋喃树脂砂生产，而保持呋喃树脂砂、水玻璃砂（粘土砂、碱性树脂砂）并行的状态，造型管理、生产上的诸多不便。呋喃树脂砂生产线有的因铸件废品率多、生产成本高已闲置，有的生产线已改造成新型水玻璃自硬砂生产线或碱性树脂砂生产线。针对呋喃树脂砂工艺的不足，国内外专家进行了多年研究，推出改性呋喃树脂，并在生产过程中采取多项工艺措施（如冷铁等），但未收到明显实效。综上所述，呋喃树脂砂工艺用于铸钢件的生产不是一种好的选择，生产薄壁、结构复杂、易产生裂纹、气孔类缺陷的泵、阀、机车类铸钢件则更不可取。

（二）碱性树脂自硬砂工艺

1、工艺优势

（1）铸件表面质量和尺寸精度高，铸件综合质量优良。

（2）粘结剂系统不含S、P、N等有害元素，可防止因这些元素引起的铸件缺陷。

（3）具有独特的高温硬化特性，可显著减少铸钢件的热裂缺陷。

（4）固化剂参与硬化反应，型砂硬化性能好，可调性强。

（5）原砂适用性广，发气性低。

这些工艺优势，使该工艺的适用性广，可应用于铸钢、铸铁、铸铝、铸铜，尤

其薄壁类铸钢件、球铁件、有色合金铸件。

2、工艺缺点

（1）旧砂干法再生回用率偏低，70－80％。

（2）铸件综合生产成本偏高。

因此，在目前国内材料价格高，铸件售价低的情况下，全面采用碱性树脂自硬砂工艺生产泵、阀、机车等铸钢件是不合时宜，可作为配套工艺使用。

（三）pepset法工艺

1、工艺主要优势

（1）铸件表面质量和尺寸精度高。

（2）旧砂干法再生回用率高，回用率≥90％。

（3）型砂硬化性质优良，硬化速度快，可调性好。

2、工艺缺陷

（1）粘结剂含N（>4％），铸件易出现皮下气孔。

（2）型芯砂的热塑性较差，抗裂纹性能差。

（3）型砂硬化及型芯存放对水分十分敏感。

（4）混砂、造型、浇注过程中产生有害有毒气体，气味大，对生态环境污染大。

（5）铸件综合成本高。

因此，pepset法工艺受成本和环境的影响，加上铸钢件热裂、气孔缺陷，不宜在铸钢件生产中推广应用，尤其是泵、阀、机车类铸钢件。

（四）新型水玻璃自硬砂工艺

新型水玻璃自硬砂是在原酯固化水玻璃砂基础上发展起来的，是水玻璃砂的换代产品，是水玻璃砂的第三代产品，一经投入应用就以其优良的工艺性能获得了铸造工作者的广泛关注和认同。96年开始大量应用于铸造生产。新型水玻璃砂工艺及材料，99年通过了辽宁省科委主持的科技成果鉴定。有这样的鉴定结论：新型水玻璃自硬砂工艺及材料的工艺性能和使用效果可与树脂砂相媲美，它消除了铸钢件采用树脂砂出现的热裂等铸造缺陷，有效提高铸件内外质量，为生产优质铸钢件提供了一种较为理想的新型造型工艺与材料。符合二十一世纪可持续发展的绿色环保型的造型制芯工艺的要求，属于高新技术的科技项目。

根据发明专利查新，该成果达到国内外同类研究的领先水平，该项技术获三项国家发明专利。

新型水玻璃自硬砂适用于铸钢、铸铁、及有色铸件的生产，已有近60家各类企业应用，取代的型砂有：呋喃树脂砂、普通水玻璃砂（硅砂、石灰石砂、白云石砂）、VRH法、粘土砂。使用结果证明，新型水玻璃自硬砂工艺及材料成熟、可靠，铸件质量提高，提高了劳动生产率，作业环境改善，铸件成本降低，铸件综合成本较呋喃树脂砂低30％以上，较普通水玻璃砂低10－15％。

目前，新型水玻璃自硬砂已获得了长足的发展，无论是技术性、经济性还是应用范围都取得了历史性的突破。

1、工艺优势

（1）水玻璃的加入量较普通水玻璃大幅度降低，其加入量范围1.8-3.0％，型砂24h抗拉强度达0.4-1.2Mpa；

（2）通过6个型号的水玻璃，6个型号的固化剂的匹配，方便地调整硬化速度，型砂的可使用时间在5－90min之间；

（3）型砂的残留抗压强度＜0.5Mpa，实现了水玻璃砂的干法落砂；

（4）实现了水玻璃砂的干法再生，旧砂回用率≥80％；

（5）适合于多种生产类型：单件、小批、大批量。

（6）铸件表面质量和尺寸精度可与树脂砂相媲美，铸件综合使用质量最佳。

（7）铸件综合生产成本最低，环境污染小。

2、 工艺缺陷

（1） 型芯砂溃散性虽然得到大幅度改善，但不及树脂砂工艺。

（2） 型芯在湿度较大时有吸湿现象，需采取工艺措施，尤其是再生砂。

因此，新型水玻璃自硬砂工艺无论是在铸件质量，生产成本，还是环境保护方面都比其它工艺具有优势，应用势头强劲，几乎涵盖了机械制造业，军工、冶金、矿山、铸造、铁路机车车辆、电机设备、阀门等行业。

二、 几种自硬砂工艺的高温性能、发气性

用呋喃树脂自硬砂生产泵、阀类铸钢件，主要铸件缺陷是裂纹、气孔，而这两种缺陷与型芯砂的高温性能及发气性密切相关，有必要对自硬砂的高温性能及发气性做进一步的比较。

（一） 型芯砂的高温性能

近几年，国内外专家在揭示呋喃树脂砂生产薄壁铸钢件产生热裂纹的成因时，指出热裂纹的形成与型砂的高温性能有很大的关系，尤其是型砂的高温退让性和高温下铸件表面的增硫，它们是引进铸件产生热裂的主要原因，几种工艺的高温性能，见图一~三。

图一 几种工艺砂型850℃热应力比较 图二 几种工艺砂型高温自由膨胀量比较

图三 几种工艺砂型高温时的热变形

从图一~三可以看出： ① 新型水玻璃自硬砂工艺：高温下砂样受热部位软化或塑性变形，热膨胀很小，砂型产生的热应力小，砂型高温退让性好，铸件的收缩应力小，同时粘结剂系统无S.P.N ，铸件表面无增硫现象。 ② 碱性树脂自硬砂工艺：高温下砂型热膨胀较小，砂型具有独特的硬化特性即热塑性和

0.10.20.30.4

热应力（M p a ）

0.20.40.60.811.21.4

自由膨胀时（%）