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CO2硬化水玻璃砂型铸造常见缺陷及其防止措施
常见的CO2硬化水玻璃砂缺陷有:粘砂、表面粉化(白霜)、吸湿性、出砂性差、旧砂再生回用困难等。
1、粘砂
CO2水玻璃砂广泛应用于铸钢件,所产生的粘砂多属于化学粘砂。粘砂层很容易从铸件上清除下来不会产生粘砂缺陷。浇注铸铁件时,则常产生严重粘砂,这限制了它在铸铁件上的应用。对于一般中小型铸钢件,只要选用粒度较细、SiO2含量高的硅砂,通常都可获得表面光洁的铸件。而厚大铸钢件或高合金钢铸件,需要采取特殊措施才能防止粘砂缺陷。
钠水玻璃砂的粘砂往往是机械粘砂与化学粘砂并存。钠水玻璃砂中的Na2O、SiO2等与液态金属在浇注时产生的铁的氧化物,形成低熔点的硅酸盐。如果这种化合物中含有较多易熔性非晶态的玻璃体,它与铸件表面结合力很小,而且收缩系数也不相同,它们之间会产生较大应力,因而易于从铸件表面清除,不产生粘砂。如果在铸件表面形成的化合物中SiO2含量高,FeO、MnO等含量少,它的凝固组织基本上具有晶体结构,就会与铸件牢固地结合在一起,产生粘砂。
表1是对铸钢件和铸铁件表面粘砂层的化学成分。铸钢件由于浇注温度高,钢液表面易氧化,粘砂层中氧化铁、氧化锰等含量高,粘砂层易于清除。而铸铁件浇注温度低,铁、锰等不易氧化,粘砂层是晶体结构,粘砂层不易清除。
表1.粘砂层的化学成分
牌号
粘砂层的成分(质量分数,%)
粘砂层特点
w(SiO2)×100
w(Fe2O3)×100
w(FeO)×100
w(MnO)×100
HT150
89.56
3.45
2.27
1.34
不易清除
ZG270-500
80.6
5.91
4.63
3.22
易清除
为了防止粘砂,可在铸型表面刷涂料,而且最好刷醇基快干涂料。一般铸铁件也可在钠水玻璃砂中加入适量(如质量分数为3%~6%)的煤粉或焦炭粉。如某石油机械厂用水玻璃砂生产1.0t的铸铁件,粘砂严重,在水玻璃砂中加入3%(质量分数)的焦炭粉后表面光洁,不产生粘砂;加2%(质量分数)有填料效能的高岭土式黏土,也可得到了表面光洁的铸件。
对于厚大的铸钢件,钢液对砂的热作用强烈,使钠水玻璃砂严重烧结,型砂表面孔多,钢液浸入孔隙中,造成严重粘砂。此时,由于浇注温度高(1500℃以上),金属压头大,型芯受热时间长,常常出现渗透性粘砂缺陷。严重时钢液与型芯砂熔合成一体,不仅用风铲无法清理,甚至用氧乙炔焰喷烧也十分困难,使得清砂费用大大增加,劳动条件显著恶化,有时还把铸件烧裂造成报废。
厚大铸钢件的渗透性粘砂缺陷的形成机理可作如下解释:当液体金属向砂型(芯)渗透时,铸型涂层受高温钢液的热、化学和机械冲刷等多种作用而剥蚀或产生裂纹,如钢液冲破涂层进入到型砂砂粒的空隙中,砂粒会受到金属氧化物的浸润而使砂粒间空隙扩大,产生所谓“松孔现象”并使得临界渗透压显著下降。因而钢液轻而易举地渗入到砂粒间,从而形成渗透粘砂缺陷。
从防渗透粘砂缺陷出发,选择造型材料时,应遵循如下原则:
型砂和涂料都必须具备高的耐火度和化学稳定性,而且型砂与涂料应很好地匹配,结合牢固不开裂
设计型(芯)砂配方时,要考虑到型砂的防渗透性粘砂的特性,并兼顾型砂的溃散性。我国许多研究人员在克服厚大铸钢件的粘砂方面做了大量的研究工作,取得了很好的应用效果。采用国内常用的材料,配合优化的工艺,开发了以棕刚玉水玻璃砂及其配套涂料的工艺,很好地解决了厚大铸钢件的粘砂问题。表2所示为棕刚玉水玻璃砂的配比及其性能,表3所示为所采用的刚玉涂料的配比。
表2.棕刚玉水玻璃砂配比及其性能
序号
水玻璃(质量分数,%)
矿粉附加物(质量分数,%)
CO2硬化后24h强度/MPa
1200℃高温强度/MPa
1200℃残留强度/MPa
浸泡烧结评级
溃散性评级
1
7
--
5.8
--
6.27
D
--
5
--
2.02
0.05
2.76
C
C
2
7
2
4.90
--
1.90
C
--
5
2
1.83
0.06
0.6
CB
B
3
6
2~3(LK溃散剂)
2.20
0.05
1.64
C
C
表3.刚玉涂料的配比(占骨料质量比)(%)
编号
涂料名称
耐火骨料
常温黏结剂
高温黏结剂
悬浮剂
附加物
其余
GC-01
水基涂料
刚玉粉100
0.4
6
0.8
1
水适量
GA-03
醇基涂料
刚玉粉100
1.5
6
0.8
0.4
酒精适量
目前,刚玉质砂型(芯)配合刚玉质水基或醇基涂料,已经在湖北及武汉地区一些工厂广泛应用,代替铬铁矿砂、锆石粉涂料生产壁厚200~300mm、浇注重量从几吨到十余吨的厚大铸钢件,解决了厚大铸钢件的粘砂难题,获得了很好的经济效益和社会效益。
2、表面粉化(白霜)
钠水玻璃砂吹CO2气体硬化后,放置一段时间,有时在型、芯表面会出现一种白色的粉末状物质,称之为“白霜”。“白霜”严重降低
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