附加物對覆膜砂高溫性能的影響規律

歐陽武光,李遠才,萬鵬

(華中科技大學材料成型及模具技術國家重點實驗室，湖北 武漢 430000)

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附加物對覆膜砂高溫性能的影響規律

歐陽武光,李遠才,萬鵬

(華中科技大學材料成型及模具技術國家重點實驗室，湖北 武漢 430000)

摘要：對覆膜砂來講,附加物對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，起到吸熱反應熱屏蔽作用，對覆膜砂的熱開裂現象有顯著的預防作用。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覆膜砂高溫性能的影響規律。

關鍵詞：附加物；氧化鐵；覆膜砂

引言

從鑄造工藝角度來看，對氧化鐵的使用非常普遍，其主要用途是用來減少鑄件脈紋、飛翅缺陷，預防氣體造成的鑄造缺陷。在殼型鋼、鐵件鑄造工藝中，經常會出現鋼鐵部件表面針孔或缺陷的現象。其原因主要在于金屬液與殼型之間所發生的化學反應導致的。為了減小這一現象帶來的負面影響，人們通常會在覆膜砂中添加一定量的Fe2O3，來抑制該反應的發生。如何控制Fe2O3的添加量，則正是本文所要研究的問題。

1覆膜砂高溫性能測定

1.1固化溫度對覆膜砂抗拉強度的測定

影響覆膜砂抗拉強度的工藝因素主要有兩個，即固化溫度和固化時間。在實驗中，可以采用固定一個因素，改變另一個因素的方式來分別考察固化溫度和固化時間對覆膜砂抗拉強度的影響規律。根據實際生產中最常見的固化溫度230℃、固化時間120s，可分別設計固化溫度:200、210、220、230、240、250℃；固化時間：90、100、110、120、130、140s作為研究工藝因素對覆膜砂抗拉強度影響的參數。在實驗實際進行過程中，當固化溫度保持不變時，可設成230℃；而在固化時間不變時，可設成120s。

1.2覆膜砂爆熱膨脹率及撓度的測定

在粒度70/40、經擦洗處理的大林砂中,加入5%樹脂,變動Fe2O3加入量打制試樣,進行如下各組數據的測定:

1.2.1測定了b值及爆熱膨脹率數值的變化(如圖1所示)。爆熱溫度120℃,爆熱時間為28s,此時對應試樣心部溫度達石英相變溫度573℃。

圖1　Fe2O3加入量σb與β和關系

1.2.2測定了如圖5所示的Fe2O3加入量與tb及撓度fβ的關系。后者系指圓盤試樣爆熱至8s時加熱區域中心的熱撓度。

2氧化鐵對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

當覆膜砂表面的細氧化鐵在高溫加熱條件下，能夠與硅砂反應生成鐵橄欖石Fe2SiO4，使砂粒之間形成橋聯結。在冶金溫度下，聯結橋變形而增加熱塑性維持粘結強度，阻止受熱表面開裂。

2.2使金屬液與型、芯之間熱反應中的吸熱反應增加,熱屏蔽作用較為顯著

酚醛樹脂屬成碳形燒蝕材料，在高溫熱源的作用下，可能發生如下四類反應：樹脂生成氣體和焦炭的熱解反應；生成氣體的再次熱反應；氣體與焦炭的再次熱反應；焦炭與其它物質之間熱反應。其中最后一類反應的熱效應較為顯著。當提高氧化鐵添加量之后，能夠使其與樹脂焦炭發生吸熱反應，起到熱屏蔽作用的同時，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縮。

3氧化鐵對覆膜砂高溫性能的影響分析

就氧化鐵對覆膜砂高溫性能的影響來講，細氧化粉在覆膜砂中的塞實效應還未得到有力的解釋。當氧化鐵粉經過一系列化學反應之后，其物質本身就已經發生了較大的變化，其塞實效應更是無從談起，即使是有一定的效應作用，但也無法確切解釋成是添加Fe3O4導致的。如果就可能發生的熱化學反應來看，反應產物中的氧化鐵會使金屬液對型壁的潤濕能力顯著提升。另外，從具體澆鑄試驗中可以看出，通過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粘砂現象。并且在氧化鐵粉添加量提升的過程中，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在提高混合物的熱塑性以及化學反應的熱屏蔽性。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械割裂作用來實現。氧化鐵粉一方面使樹脂的熱解碳化逐漸加快，一方面還促進了焦炭的反應，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的，也正說明了上一觀點。

若從熱屏蔽的角度講，氧化鐵添加量的控制對混合物的熱屏蔽性也是至關重要的。經實驗結果發現，在添加Fe3O4后其反應的各項數值包括反應熱都較添加Fe2O3后的數值要小。根據這一結果不難看出，混合物的熱屏蔽性對覆膜砂熱開裂現象的影響，要比機械割裂的影響更為嚴重一些。其中氧化鐵的影響作用，也不僅僅在于其添加量，同時還取決于氧化鐵的鐵氧比例。例如當在樹脂內加入氧化鐵比重為4%和6%的混合物時，前者的作用效果較為顯著便是說明。

結束語

覆膜砂鑄造技術作為砂型鑄造工藝中的一項核心技術，被很多生產企業所青睞，在實際生產過程中，該項技術應該被大力推廣，從而推動對覆膜砂各項性能的影響規律研究，尤其是附加物對其高溫性能的研究，可以從側面反應添加附加物后，覆膜砂的實際澆鑄性能。從而更好地改進覆膜砂鑄造技術，使該項技術更趨于成熟、穩定。

參考文獻:

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

中圖分類號:TG221

文獻標志碼：A

文章編號：1671-1602(2016)02-0024-01

作者簡介：歐陽武光(1990.10-)，男，籍貫：江西吉安，單位：華中科技大學材料成型及模具技術國家重點實驗室，研究方向：附加物對樹脂砂高溫性能的研究。