【文章內(nèi)容簡介】 砂型受到的熱膨脹和熱應(yīng)力。液態(tài)金屬與砂型的物理化學(xué)作用主要有包括砂型內(nèi)殼的熔化、造型材料的發(fā)氣和造型材料的熔解及鑄件表面合金化等。【案例分析】1. 前兩個廠家產(chǎn)生的鑄件產(chǎn)生粘砂的原因是煤粉品質(zhì)太差，或者是型砂中有效煤粉量不足。江蘇某外資工廠產(chǎn)生粘砂的原因是砂粒太粗，因此透氣性過高，金屬液容易鉆入砂粒間孔隙，使鑄件表面粗糙，或?qū)⑸傲０潭ㄔ诒砻嫔?，從而產(chǎn)生粘砂。2. 該廠應(yīng)當(dāng)改用優(yōu)質(zhì)膨潤土和煤粉；還應(yīng)使用舊砂除塵設(shè)備，將舊砂含泥量控制在型砂含泥量要求范圍內(nèi)；將型砂破碎指數(shù)提升。在造型處的型砂緊實率也應(yīng)提高為。這樣就能提高型砂韌性和減少砂孔缺陷。3. 材料三說明了型砂的原材料對鑄件缺陷的產(chǎn)生具有巨大的影響。江西的廠家直接將耐火粘土當(dāng)做膨潤土使用，從而大大降低了鑄型的強度，容易出現(xiàn)夾砂。天津的鑄造廠雖然采用了活化膨潤土，但由于使用了含鈉、鎂、氯離子較多的水，對活化膨潤土起了強烈的反活化作用，也造成夾砂的出現(xiàn)。4. 山東生產(chǎn)廠家鑄件上的氣孔為侵入氣，而山西廠的為反應(yīng)性氣孔。冷芯盒砂芯長時間放置在相對濕度極高的砂型中很容易吸潮。澆注時不僅粘結(jié)劑發(fā)氣，而且砂芯吸收的水分也發(fā)出大量水汽，進入鐵液中造成的侵入氣孔。因為鋁、鈦與水反應(yīng)放出極易溶入鐵液層中的原子態(tài)[H]，該層凝固時，氫的溶解度降低而以分子態(tài)氣相析出和長大成氫氣泡，從而形成反應(yīng)性氣孔。第5章一、填空題1. 物理脫水硬化 化學(xué)硬化 2. CO2壓力 吹氣時間 殘留水分 3. 強度 保存性 粘膜性 4. 硅鐵粉水玻璃自硬砂 硅酸二鈣水玻璃自硬砂 水玻璃流態(tài)自硬砂 有機酯水玻璃自硬砂 5. 粘砂嚴(yán)重 潰散性差 吸濕性強 舊砂再生和回用困難 6. 濕法再生 干法再生 脫除的Na2O占型砂中原Na2O含量的百分?jǐn)?shù)二、選擇題 1. B 2. C 3. C 4. B 5. A三、簡答題1. 水玻璃砂的主要優(yōu)點是：① 水玻璃砂流動性好，易于緊實；② 硬化快，簡化造型和制芯工藝，縮短生產(chǎn)周期，提高勞動生產(chǎn)率；③ 鑄造缺陷少，提高了鑄件質(zhì)量；④ 可以硬化后再起模，型芯尺寸較準(zhǔn)確，提高鑄件的尺寸精度；⑤ 可不用干燥爐，節(jié)約能源，改善車間勞動條件。水玻璃砂的缺點是：① 落砂困難。② 舊砂回用再生困難。③ 吸濕性較大，水玻璃砂對環(huán)境相對濕度非常敏感，制造的型芯容易吸濕而導(dǎo)致強度下降。2. 解決的方法如下：① 控制型砂水分不要偏高；② 吹CO2時間不宜過長；③ 型芯不要久放；④ 在鈉水玻璃砂中加入1%左右。3. 采取以下措施提高抗吸濕性：① 在鈉水玻璃中加入鋰水玻璃或在鈉水玻璃中加入LiOH、CaCOZnCO3等無機附加物，由于能形成相對不溶的碳酸鹽和硅酸鹽，并可減少游離的鈉離子，因而可改善鈉水玻璃粘結(jié)劑的抗吸濕性；② 在鈉水玻璃中加入少量有機材料或加入具有表面活性劑作用的有機物，粘結(jié)劑硬化時，鈉水玻璃凝膠內(nèi)親水的Na+和OH離子或為有機憎水基取代，或相互結(jié)合，從而改善吸濕性。③ 提高水玻璃的模數(shù)。④ 在鈉水玻璃中加入淀粉水解液，更好的方法是采用淀粉水解液對鈉水玻璃改性。4. VRH法的主要特點：① 水玻璃加入量少。② 顯著改善砂型的潰散性。盡管VRH法型砂比樹脂砂的潰散性差些，但潰散性及舊砂再生性能比直接吹CO2法水玻璃砂均有明顯改善，干法再生也比較容易，再生回收率甚至可達(dá)80%左右。③ 鑄件質(zhì)量高。VRH法實行先硬化后起模的工序。而且由于水玻璃加入量少，砂型（芯）在高溫下變形減少，有利于提高鑄件尺寸精度，同時硬化后的砂型（芯）水分含量低，鑄件的氣孔、針孔等缺陷相應(yīng)減少。④ 降低造型材料的費用，提高經(jīng)濟效益。⑤ 缺點是設(shè)備投資大，固定尺寸的真空室不能適應(yīng)過大或過小的砂箱或芯盒。工藝過程：① 抽真空。要求真空度至少在5kPa以下。② 往真空室導(dǎo)入CO2。VRH法水玻璃砂型（芯）吹CO2是在真空室內(nèi)進行的，與水玻璃反應(yīng)快而均勻。CO2通氣壓力視真空室剩余空間的大小決定，一般在40kPa左右。③ 打開真空室。導(dǎo)入CO2一段時間后，即可打開真空室導(dǎo)入空氣，然后砂型（芯）即可澆注。5. 濕法再生的特點如下：① 舊砂中的Na2O去除率高，一般可達(dá)達(dá)80%以上，有的甚至可超過90%；② 再生砂回用率高，可達(dá)9%％以上；③ 再生砂可作為造型的面砂和單一砂使用；④ 對于酯硬化水玻璃舊砂，能有效去除殘留酯，延長再生砂混砂后的可使用時間。不足是：再生工藝和設(shè)備系統(tǒng)較復(fù)雜，濕砂需脫水烘干，熱砂需冷卻，濕法再生的污水需經(jīng)處理后循環(huán)回用或無害排放。水玻璃舊砂干法再生系統(tǒng)的優(yōu)點是設(shè)備的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)布置較簡單，投資較少，二次污染較易解決。干法再生的缺點是Na2O的去除率低，一般不超過30%，采取增加撞擊次數(shù)或摩擦?xí)r間的辦法可提高Na2O去除率，但砂粒容易破碎和粉化。采用加熱舊砂的辦法，同樣存在增加設(shè)備投資和能源消耗，以及熱砂冷卻等問題。6. 有機酯水玻璃自硬砂的硬化可分為如下三個階段：第一階段，有機酯在堿性水溶液中發(fā)生水解，生成有機酸或醇。第二階段，有機酯和水玻璃反應(yīng)，使水玻璃模數(shù)升高，且整個反應(yīng)過程為失水反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)時水玻璃的粘度超過臨界值，型砂便失去流動性而固化。第三階段，水玻璃進一步失水強化。四、思考題水玻璃無色、無臭、無毒，沾于皮膚和衣服后用水沖洗即可，但必須避免濺入眼中。水玻璃在混砂、造型、硬化和澆注過程中都沒有刺激性或有害氣體釋出，沒有黑色和酸性污染。但若工藝不當(dāng)，水玻璃加入過多，水玻璃砂的潰散性便不好，清砂時粉塵飛揚，也會造成污染。同時，舊砂再生困難，廢砂的排放造成對環(huán)境的堿性污染。如果能克服這兩個問題，水玻璃砂便可成為基本沒有廢砂排放的環(huán)保型型砂。解決這兩個問題的根本措施是：將水玻璃的加入量降到2%以下，基本上可以振動落砂。當(dāng)水玻璃加入量減少，舊砂中的殘留Na2O也減少，使用比較簡易的干法再生，%以下。此再生砂可滿足中小型鑄鋼件單一型砂的應(yīng)用要求?！景咐治觥?. 作圖略。水玻璃加入量為1％時，強度隨時間先上升，在60s達(dá)到峰值后下降；％時，強度隨時間平緩上升；加入量為2%時，強度隨時間先緩慢上升，后急劇上升。較短微波加熱時間內(nèi)(60s)，隨著水玻璃加入量的增加，水玻璃砂型的抗壓強度減??；在較長的加熱時間(60~120s)里，隨著水玻璃加入量的增加，水玻璃砂型的抗壓強度增加。水玻璃砂的強度取決于砂粒之間粘結(jié)橋的數(shù)量，當(dāng)水玻璃模數(shù)一定，水玻璃加入量少的水玻璃砂水分也較少，在相同微波功率下，硅酸鈉固化形成粘結(jié)橋的時間也相應(yīng)較短，反之亦然。所以在較短的加熱時間內(nèi)(60s)，占主導(dǎo)優(yōu)勢的是形成粘結(jié)橋的速度，水玻璃加入量較少的水玻璃砂形成粘結(jié)橋的過程更迅速，從而相同加熱時間里的抗壓強度較大；但在較長的加熱時間里(60~120s)，各種水玻璃加入量的型砂都已形成粘結(jié)橋，此時占主導(dǎo)優(yōu)勢的是粘結(jié)橋的數(shù)量，所以水玻璃加入量大的型砂粘結(jié)橋數(shù)量多，其抗壓強度也相應(yīng)增大。2. 在相同水玻璃加入量，同一加熱時間(0~120s)條件下，采用3種不同功率加熱時，水玻璃砂強度隨著加熱功率的增加而增大，這是由于微波加熱過程中水玻璃在吸收微波能后，砂型內(nèi)硅酸分子和水分子同時高速振蕩，溫度迅速上升，膠粒熱運動加劇，發(fā)生凝聚，使硅酸縮合，迅速形成膠粒緊密細(xì)小、大小均勻的玻璃狀硅酸鈉網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。微波加熱功率越高，砂型吸收的能量越多，形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)就越致密，從而砂型強度就會增大。3. 水玻璃加入量為1%時，~；%時，~；水玻璃加入量為2%時，~。由此可見，微波加熱功率和微波加熱時間對水玻璃砂的殘留強度幾乎沒有影響，水玻璃砂殘留強度只與水玻璃的加入量有關(guān)，殘留強度隨著水玻璃的加入量增加而增大。4. 因為微波硬化水玻璃砂試樣吸水量與試樣Na+含量，環(huán)境濕度有關(guān)。水玻璃加入量增加，則親水離子Na+含量增加，吸水量自然增加。當(dāng)相同水玻璃加入量時Na+含量相同，濕度95%~97%大于82%~85%，根據(jù)擴散原理，濕度越大，環(huán)境水汽濃度越高，水分子向試樣內(nèi)部擴散的勢能越大，試樣吸水越容易。第6章一、填空題1. 硬化水化物的化合水（或結(jié)晶水） 水化物凝膠體的吸附水 所有毛細(xì)孔和孔隙中所包含的自由水 2. 促使水泥早凝早硬，并能改善型砂的出砂性能和造型性能 3. Ca(OH)2 4. 氟鋁酸鈣 二、簡答題1. 各種配比