附加物对覆膜砂高温性能的影响规律

欧阳武光,李远才,万鹏

(华中科技大学材料成型及模具技术国家重点实验室，湖北 武汉 430000)



附加物对覆膜砂高温性能的影响规律

欧阳武光,李远才,万鹏

(华中科技大学材料成型及模具技术国家重点实验室，湖北 武汉 430000)

摘要：对覆膜砂来讲,附加物对其造成的影响或多或少。其中，添入适量的氧化铁成分可以充分提高覆膜砂的热塑性，且在高温条件下，氧化铁与树脂焦炭反应，起到吸热反应热屏蔽作用，对覆膜砂的热开裂现象有显著的预防作用。本文正是以氧化铁添加物为研究变量，研究氧化铁添加物对覆膜砂高温性能的影响规律。

关键词：附加物；氧化铁；覆膜砂

引言

从铸造工艺角度来看，对氧化铁的使用非常普遍，其主要用途是用来减少铸件脉纹、飞翅缺陷，预防气体造成的铸造缺陷。在壳型钢、铁件铸造工艺中，经常会出现钢铁部件表面针孔或缺陷的现象。其原因主要在于金属液与壳型之间所发生的化学反应导致的。为了减小这一现象带来的负面影响，人们通常会在覆膜砂中添加一定量的Fe2O3，来抑制该反应的发生。如何控制Fe2O3的添加量，则正是本文所要研究的问题。

1覆膜砂高温性能测定

1.1固化温度对覆膜砂抗拉强度的测定

影响覆膜砂抗拉强度的工艺因素主要有两个，即固化温度和固化时间。在实验中，可以采用固定一个因素，改变另一个因素的方式来分别考察固化温度和固化时间对覆膜砂抗拉强度的影响规律。根据实际生产中最常见的固化温度230℃、固化时间120s，可分别设计固化温度:200、210、220、230、240、250℃；固化时间：90、100、110、120、130、140s作为研究工艺因素对覆膜砂抗拉强度影响的参数。在实验实际进行过程中，当固化温度保持不变时，可设成230℃；而在固化时间不变时，可设成120s。

1.2覆膜砂爆热膨胀率及挠度的测定

在粒度70/40、经擦洗处理的大林砂中,加入5%树脂,变动Fe2O3加入量打制试样,进行如下各组数据的测定:

1.2.1测定了b值及爆热膨胀率数值的变化(如图1所示)。爆热温度120℃,爆热时间为28s,此时对应试样心部温度达石英相变温度573℃。

图1　Fe2O3加入量σb与β和关系

1.2.2测定了如图5所示的Fe2O3加入量与tb及挠度fβ的关系。后者系指圆盘试样爆热至8s时加热区域中心的热挠度。

2氧化铁对覆膜砂高温性能的影响

2.1氧化铁使覆膜砂的热塑性增加

当覆膜砂表面的细氧化铁在高温加热条件下，能够与硅砂反应生成铁橄榄石Fe2SiO4，使砂粒之间形成桥联结。在冶金温度下，联结桥变形而增加热塑性维持粘结强度，阻止受热表面开裂。

2.2使金属液与型、芯之间热反应中的吸热反应增加,热屏蔽作用较为显著

酚醛树脂属成碳形烧蚀材料，在高温热源的作用下，可能发生如下四类反应：树脂生成气体和焦炭的热解反应；生成气体的再次热反应；气体与焦炭的再次热反应；焦炭与其它物质之间热反应。其中最后一类反应的热效应较为显著。当提高氧化铁添加量之后，能够使其与树脂焦炭发生吸热反应，起到热屏蔽作用的同时，还可以在铸件表面形成一定的温度梯度，有助于铸件的凝固与补缩。

3氧化铁对覆膜砂高温性能的影响分析

就氧化铁对覆膜砂高温性能的影响来讲，细氧化粉在覆膜砂中的塞实效应还未得到有力的解释。当氧化铁粉经过一系列化学反应之后，其物质本身就已经发生了较大的变化，其塞实效应更是无从谈起，即使是有一定的效应作用，但也无法确切解释成是添加Fe3O4导致的。如果就可能发生的热化学反应来看，反应产物中的氧化铁会使金属液对型壁的润湿能力显著提升。另外，从具体浇铸试验中可以看出，通过添加氧化铁粉的覆膜砂所制成的壳型钢、铁件，在其他客观条件不变的前提下，较其他类型的铸件更易出现粘砂现象。并且在氧化铁粉添加量提升的过程中，试样σb的值则逐渐降低。

在覆膜砂中加入氧化铁的另一作用则主要体现在提高混合物的热塑性以及化学反应的热屏蔽性。其中，热塑性是基于树脂与砂粒界面上或树脂膜中的氧化铁机械割裂作用来实现。氧化铁粉一方面使树脂的热解碳化逐渐加快，一方面还促进了焦炭的反应，从而使覆膜砂在高温条件下的热塑性提升。在上文图1中，在Fe2O3的添加量不断提升的情况下，爆热膨胀率β在一定条件下是呈下降趋势的，也正说明了上一观点。

若从热屏蔽的角度讲，氧化铁添加量的控制对混合物的热屏蔽性也是至关重要的。经实验结果发现，在添加Fe3O4后其反应的各项数值包括反应热都较添加Fe2O3后的数值要小。根据这一结果不难看出，混合物的热屏蔽性对覆膜砂热开裂现象的影响，要比机械割裂的影响更为严重一些。其中氧化铁的影响作用，也不仅仅在于其添加量，同时还取决于氧化铁的铁氧比例。例如当在树脂内加入氧化铁比重为4%和6%的混合物时，前者的作用效果较为显著便是说明。

结束语

覆膜砂铸造技术作为砂型铸造工艺中的一项核心技术，被很多生产企业所青睐，在实际生产过程中，该项技术应该被大力推广，从而推动对覆膜砂各项性能的影响规律研究，尤其是附加物对其高温性能的研究，可以从侧面反应添加附加物后，覆膜砂的实际浇铸性能。从而更好地改进覆膜砂铸造技术，使该项技术更趋于成熟、稳定。

参考文献:

[1]张才元等.对覆膜砂主要原材料性能的研究分析.中国铸造装备与技术.1996 (5):27-29

中图分类号:TG221

文献标志码：A

文章编号：1671-1602(2016)02-0024-01

作者简介：欧阳武光(1990.10-)，男，籍贯：江西吉安，单位：华中科技大学材料成型及模具技术国家重点实验室，研究方向：附加物对树脂砂高温性能的研究。