一、覆膜砂原材料的选用
覆膜砂一般由骨料、粘结剂、固化剂、润滑剂和特殊添加剂组成。
1.骨料
骨料是构成覆膜砂的主体。对骨料的要求是:耐火度高、挥发物少、颗粒较圆整并自身强度高等。一般选用天然擦洗硅砂,这主要是由于其储量丰富,价格便宜,能满足铸造要求。只有特殊要求的铸钢件或铸铁件才采用锆砂或铬铁矿砂。对硅砂的一般要求是:
(1) SO2含量高。铸铁及有色铸造用砂要求SO2>90%,铸钢件要求>97%;
(2) 含泥量≤0.2%;
(3) 粒度分布宜采用3~5筛分散度;
(4) AFS细度:应根据铸件表面粗糙度要求来选定不同的细度,一般为AFS50~65;
(5) 粒形:尽可能选用圆整性好的硅砂,角形因素应<1.3;
(6) pH值<7;
(7) 硅砂需用水擦洗过,如有特殊要求,可将硅砂酸洗或进行高 温活性处理(900℃焙烧)
2 . 粘结剂
目前普遍采用酚醛类树脂作为粘结剂。酚醛类树脂有固体和液体、热固性和热塑性之分。目前制作覆膜砂通常采用热塑性固态酚醛树脂。对其性能要求是:
(1) 聚合速度(热板法):25~27s ;
(2) 软化点(环球法):90~105℃;
(3) 流动性(斜板法):60~110mm ;
(4) 游离酚含量(溴化法):≤4%。
粘结剂的性能对覆膜砂的品质有很大的影响,人们一直在致力于研究如何提高酚醛树脂的性能,以及寻找酚醛树脂的替代品。国外已开发出不同性能的专用树脂,如高强度低发气树脂、易溃散树脂,也有采用改性聚酯树脂的报道,但未得到全面推广,至今普遍采用的仍是改性酚醛树脂。国内近年来在覆膜砂专用酚醛树脂的研究开发方面发展较快,已开发出不同的改性酚醛树脂供生产使用。
3. 固化剂、润滑剂、添加剂
固化剂通常采用乌洛托品即六亚甲基四胺,分子式为(CH2) 6N4,要求为工业一级品。润滑剂一般采用硬脂酸钙。其作用是防止覆膜砂结块,增加流动性,使型、芯表面致密及改善砂型(芯)的脱模性。添加剂的主要作用是改善覆膜砂的性能。目前采用的添加剂主要有:耐高温添加剂(如含碳材料或其他惰性材料)、易贵散添加剂(如二氧化锰、重铬酸钾、高锰酸钾、已内酰胺等)、增强增韧添加剂(如超短玻璃纤维材料、有机硅烷KH-550等)以及防粘砂添加剂和抗老化添加剂等等。
二、覆膜砂的分类
随着覆膜砂应用范围的不断扩展,不同铸造工艺、不同材质要求以及不同结构的铸件对覆膜砂提出了不同的性能要求。自20世纪90年代以来,国内开发了不同性能的覆膜砂,按其性能特点来划分,可将国内市场上的覆膜砂分为干态和湿态两大类。其中干态类包括:普通类、耐高温类、高强度低发气类、易溃散类、离心铸造类等。湿态覆膜砂包括机械类和手工类两种。各类覆膜砂的主要成分、特点及适用范围如下:
1. 普通覆膜砂
其组成通常由石英砂热塑性酚醛树脂、乌洛托品和硬脂酸钙构成,不加有关添加剂。其树脂加入量通常在一定强度要求下相对较高,不具备耐高温、低膨胀、低发气等特性,适用于一些要求不高、结构较简单的铸铁件生产。
2. 高强度低发气覆膜砂
是在普通覆膜砂的基础上,通过加入有关特性的“添加剂”和采用新的配制工艺,使树脂用量大幅下降,发气量显著降低,并能延缓发气速度。该覆膜砂具有高强度、低膨胀、低发气、慢发气等特点,特别适用于铸铁件、中小铸钢件中要求发气量低的砂芯,如阀体砂芯等。
3. 耐高温覆膜砂
该砂一般是指覆膜砂的热强度大、耐热时间长、高温变形小,而不是指其耐火度很高。它是通过特殊的工艺配方技术(一般都是在硅砂覆膜时加入一定量的惰性材料如铣砂、高铬矿砂、含碳材料或其他惰性材料等),生产出具有优异高温性能和综合铸造性能的新型覆膜砂。具有耐高温、高强度、低膨胀、低发气、慢发气等特点。特别适用于复杂薄壁精密的铸铁件(如汽车发动机缸体、缸盖等)以及高要求的铸钢件(如集装箱角和火车刹车缓冲器壳体等)的生产,可有效消除粘砂、变形、热裂和气孔等铸造缺陷。
4. 易溃散覆膜砂
它是针对有色金属(特别是铝合金)铸件不易清砂而研制的一种覆膜砂。该砂在具有较好的强度的同时具有优异的低温溃散性。用它生产有色金属(铝合金、铜合金等)铸件,不需要将铸件重新加热来清砂,只需将浇注后的铸件冷却24小时后,即可振动落砂。
5. 离心铸造覆膜砂
该覆膜砂适用于离心铸造工艺,可用它替代涂料生产离心铸管等。根据铸管材质与直径大小及技术要求不同,可加工成不同性能的离心铸造覆膜砂。与其他各类覆膜砂的不同之处,是该覆膜砂的密度较大一些,发气量较低且发气速度慢。
6. 湿态机械类覆膜砂
它是一种在室温下呈湿态的覆膜砂。在室温下长期存放不会自然固化(可存放1年以上),根据不同铸件的技术要求可使用湿态高强度低发气等各种不同特性
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