附加物對(duì)覆膜砂高溫性能的影響規(guī)律

歐陽(yáng)武光,李遠(yuǎn)才,萬(wàn)鵬

(華中科技大學(xué)材料成型及模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430000)

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附加物對(duì)覆膜砂高溫性能的影響規(guī)律

歐陽(yáng)武光,李遠(yuǎn)才,萬(wàn)鵬

(華中科技大學(xué)材料成型及模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430000)

摘要：對(duì)覆膜砂來(lái)講,附加物對(duì)其造成的影響或多或少。其中，添入適量的氧化鐵成分可以充分提高覆膜砂的熱塑性，且在高溫條件下，氧化鐵與樹脂焦炭反應(yīng)，起到吸熱反應(yīng)熱屏蔽作用，對(duì)覆膜砂的熱開裂現(xiàn)象有顯著的預(yù)防作用。本文正是以氧化鐵添加物為研究變量，研究氧化鐵添加物對(duì)覆膜砂高溫性能的影響規(guī)律。

關(guān)鍵詞：附加物；氧化鐵；覆膜砂

引言

從鑄造工藝角度來(lái)看，對(duì)氧化鐵的使用非常普遍，其主要用途是用來(lái)減少鑄件脈紋、飛翅缺陷，預(yù)防氣體造成的鑄造缺陷。在殼型鋼、鐵件鑄造工藝中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)鋼鐵部件表面針孔或缺陷的現(xiàn)象。其原因主要在于金屬液與殼型之間所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的。為了減小這一現(xiàn)象帶來(lái)的負(fù)面影響，人們通常會(huì)在覆膜砂中添加一定量的Fe2O3，來(lái)抑制該反應(yīng)的發(fā)生。如何控制Fe2O3的添加量，則正是本文所要研究的問(wèn)題。

1覆膜砂高溫性能測(cè)定

1.1固化溫度對(duì)覆膜砂抗拉強(qiáng)度的測(cè)定

影響覆膜砂抗拉強(qiáng)度的工藝因素主要有兩個(gè)，即固化溫度和固化時(shí)間。在實(shí)驗(yàn)中，可以采用固定一個(gè)因素，改變另一個(gè)因素的方式來(lái)分別考察固化溫度和固化時(shí)間對(duì)覆膜砂抗拉強(qiáng)度的影響規(guī)律。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中最常見的固化溫度230℃、固化時(shí)間120s，可分別設(shè)計(jì)固化溫度:200、210、220、230、240、250℃；固化時(shí)間：90、100、110、120、130、140s作為研究工藝因素對(duì)覆膜砂抗拉強(qiáng)度影響的參數(shù)。在實(shí)驗(yàn)實(shí)際進(jìn)行過(guò)程中，當(dāng)固化溫度保持不變時(shí)，可設(shè)成230℃；而在固化時(shí)間不變時(shí)，可設(shè)成120s。

1.2覆膜砂爆熱膨脹率及撓度的測(cè)定

在粒度70/40、經(jīng)擦洗處理的大林砂中,加入5%樹脂,變動(dòng)Fe2O3加入量打制試樣,進(jìn)行如下各組數(shù)據(jù)的測(cè)定:

1.2.1測(cè)定了b值及爆熱膨脹率數(shù)值的變化(如圖1所示)。爆熱溫度120℃,爆熱時(shí)間為28s,此時(shí)對(duì)應(yīng)試樣心部溫度達(dá)石英相變溫度573℃。

圖1　Fe2O3加入量σb與β和關(guān)系

1.2.2測(cè)定了如圖5所示的Fe2O3加入量與tb及撓度f(wàn)β的關(guān)系。后者系指圓盤試樣爆熱至8s時(shí)加熱區(qū)域中心的熱撓度。

2氧化鐵對(duì)覆膜砂高溫性能的影響

2.1氧化鐵使覆膜砂的熱塑性增加

當(dāng)覆膜砂表面的細(xì)氧化鐵在高溫加熱條件下，能夠與硅砂反應(yīng)生成鐵橄欖石Fe2SiO4，使砂粒之間形成橋聯(lián)結(jié)。在冶金溫度下，聯(lián)結(jié)橋變形而增加熱塑性維持粘結(jié)強(qiáng)度，阻止受熱表面開裂。

2.2使金屬液與型、芯之間熱反應(yīng)中的吸熱反應(yīng)增加,熱屏蔽作用較為顯著

酚醛樹脂屬成碳形燒蝕材料，在高溫?zé)嵩吹淖饔孟?，可能發(fā)生如下四類反應(yīng)：樹脂生成氣體和焦炭的熱解反應(yīng)；生成氣體的再次熱反應(yīng)；氣體與焦炭的再次熱反應(yīng)；焦炭與其它物質(zhì)之間熱反應(yīng)。其中最后一類反應(yīng)的熱效應(yīng)較為顯著。當(dāng)提高氧化鐵添加量之后，能夠使其與樹脂焦炭發(fā)生吸熱反應(yīng)，起到熱屏蔽作用的同時(shí)，還可以在鑄件表面形成一定的溫度梯度，有助于鑄件的凝固與補(bǔ)縮。

3氧化鐵對(duì)覆膜砂高溫性能的影響分析

就氧化鐵對(duì)覆膜砂高溫性能的影響來(lái)講，細(xì)氧化粉在覆膜砂中的塞實(shí)效應(yīng)還未得到有力的解釋。當(dāng)氧化鐵粉經(jīng)過(guò)一系列化學(xué)反應(yīng)之后，其物質(zhì)本身就已經(jīng)發(fā)生了較大的變化，其塞實(shí)效應(yīng)更是無(wú)從談起，即使是有一定的效應(yīng)作用，但也無(wú)法確切解釋成是添加Fe3O4導(dǎo)致的。如果就可能發(fā)生的熱化學(xué)反應(yīng)來(lái)看，反應(yīng)產(chǎn)物中的氧化鐵會(huì)使金屬液對(duì)型壁的潤(rùn)濕能力顯著提升。另外，從具體澆鑄試驗(yàn)中可以看出，通過(guò)添加氧化鐵粉的覆膜砂所制成的殼型鋼、鐵件，在其他客觀條件不變的前提下，較其他類型的鑄件更易出現(xiàn)粘砂現(xiàn)象。并且在氧化鐵粉添加量提升的過(guò)程中，試樣σb的值則逐漸降低。

在覆膜砂中加入氧化鐵的另一作用則主要體現(xiàn)在提高混合物的熱塑性以及化學(xué)反應(yīng)的熱屏蔽性。其中，熱塑性是基于樹脂與砂粒界面上或樹脂膜中的氧化鐵機(jī)械割裂作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。氧化鐵粉一方面使樹脂的熱解碳化逐漸加快，一方面還促進(jìn)了焦炭的反應(yīng)，從而使覆膜砂在高溫條件下的熱塑性提升。在上文圖1中，在Fe2O3的添加量不斷提升的情況下，爆熱膨脹率β在一定條件下是呈下降趨勢(shì)的，也正說(shuō)明了上一觀點(diǎn)。

若從熱屏蔽的角度講，氧化鐵添加量的控制對(duì)混合物的熱屏蔽性也是至關(guān)重要的。經(jīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在添加Fe3O4后其反應(yīng)的各項(xiàng)數(shù)值包括反應(yīng)熱都較添加Fe2O3后的數(shù)值要小。根據(jù)這一結(jié)果不難看出，混合物的熱屏蔽性對(duì)覆膜砂熱開裂現(xiàn)象的影響，要比機(jī)械割裂的影響更為嚴(yán)重一些。其中氧化鐵的影響作用，也不僅僅在于其添加量，同時(shí)還取決于氧化鐵的鐵氧比例。例如當(dāng)在樹脂內(nèi)加入氧化鐵比重為4%和6%的混合物時(shí)，前者的作用效果較為顯著便是說(shuō)明。

結(jié)束語(yǔ)

覆膜砂鑄造技術(shù)作為砂型鑄造工藝中的一項(xiàng)核心技術(shù)，被很多生產(chǎn)企業(yè)所青睞，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)該被大力推廣，從而推動(dòng)對(duì)覆膜砂各項(xiàng)性能的影響規(guī)律研究，尤其是附加物對(duì)其高溫性能的研究，可以從側(cè)面反應(yīng)添加附加物后，覆膜砂的實(shí)際澆鑄性能。從而更好地改進(jìn)覆膜砂鑄造技術(shù)，使該項(xiàng)技術(shù)更趨于成熟、穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn):

[1]張才元等.對(duì)覆膜砂主要原材料性能的研究分析.中國(guó)鑄造裝備與技術(shù).1996 (5):27-29

中圖分類號(hào):TG221

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1671-1602(2016)02-0024-01

作者簡(jiǎn)介：歐陽(yáng)武光(1990.10-)，男，籍貫：江西吉安，單位：華中科技大學(xué)材料成型及模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，研究方向：附加物對(duì)樹脂砂高溫性能的研究。