低树脂快速固化覆膜砂的研制

收稿日期：２００９－０４－２０ 文章编号：２００９－０６８
粒表面被融化，形成牢固的粘结桥，将砂粒与砂粒粘 结在一起，固化成为可用的壳芯。我们经过反复对原 砂、树脂等挑选，优化选择有效的添加料，使覆膜砂 的热态性能大为提高，树脂的加入量也降到２％（不 包括焙烧砂）。
ｌ低树脂快速固化覆膜砂的原辅材料选择 覆膜砂对原砂的要求较高，应当选择ＳｉＯ：含量
２性能试验 （１）覆膜砂配方 福建东山砂（７０／１４０）：１００％； 热塑性酚醛树脂：２％； 促进剂Ａ：２．５％（占树脂）； 促进剂Ｂ：２．５％（占树脂）； 乌洛托品（３３％溶液）：１５％（占树脂）； 硬脂酸钙：０．１５％。 （２）混制工艺 原砂１４０—１６０兰混砂机－＋加树脂混０．５．１．５ ｍｉｒｋ
陆续在厦门金鑫晶造型材料厂生产，作为商品向市 场供应，在原济南柴油机厂生产柴油机的缸体砂芯，
要改善覆膜砂的热态性能主要是要提高覆膜砂 的热强度和热韧度。为满足市场需求，我们对现有常 用的热塑性酚醛树脂进行改性，精选原砂，研究各种 催化剂、促进剂，包括常用的增塑剂、润滑剂等，严格 控制覆膜工艺参数等来提高现有覆膜砂的热态性 能。常用的热法覆膜工艺流程是将原砂加热到１４０— １６０℃，与酚醛树脂均匀混合，树脂受热而熔化，包在 砂粒表面；随着温度降低，混合物变粘，再加入乌洛 托品非溶液作为固化剂，硬脂酸钙作为润滑剂，和各 种添加剂等。在制芯过程中，覆膜砂被芯盒加热，砂
郭代营１范建伟，智晓慧ｚ （１．石家庄强大泵业集团，石家庄０５００３５；
２．石家庄铁道学院，石家庄０５００３５）
摘要：介绍了一种耐磨蚀高铬铸铁的成分设计及其１５０ＺＧＢ渣浆泵叶轮的生产工艺。按此工艺实际铸造
出无裂纹、表面光洁、硬度达标、质量合格的叶轮，其在磷。
加Ａ ３堕加Ｂ≤１８０王加乌洛托品混３生加硬脂酸钙 一放料。
（３）热态性能的试验 试验参照瑞士ＧＦ公司的测试方法进行。主要考 核覆膜砂的热抗拉强度和热态抗弯强度，热抗弯强 度一定程度上也反映覆膜砂的热韧度高低。 热抗拉强度试样为８字试样，其腰部尺寸为 ２２．３６ ｍｍｘｌｌ．１８ ｍｍ，长６５ ｍｉｌｌ，在ＸＳ—ＲＳ杠杆强度 试验机上进行。加热温度为２３２℃±５℃，时间为２ ｍｉｎ。热抗弯强度的加热温度和时间与抗拉强度相 同，抗弯试验在ＳＷＸ数显硬度仪上进行。经过多次 试验，这种覆膜砂的热态性能稳定，热抗拉强度≥５．０ ＭＰａ，热抗弯强度≥７．０ ＭＰａ。表１是２００８年１０月对 这种砂的一次检查测试结果。 （４）脱壳性能试验：在ＧＦ公司的ＰＣＡ型脱壳实
树脂是混制覆膜砂的重要组成，现有商品类热 型性酚醛树脂的聚合速度、聚合强度等性能均不能 满足混制低树脂快速固化覆膜砂的要求，必须进行 改性。我们选用物理改性的方法，即在混制覆膜砂的 覆膜过程中，加入两种以上、不同分子量的树脂和其 他添加料，作为促进剂Ａ，来对现有树脂进行改性。 在常用的属于大分子的酚醛树脂中加入适当的低分 子碱性树脂，其在处理过程中产生的特殊酚醛羟茎 具有较强的活性，在覆膜砂混制时与Ｂ物质和乌洛 托品等在受热的情况下产生联缩聚反应，使得覆膜 砂具有较高的热态强度。Ｂ是一种有硅物质成分的 促进剂，这种促进剂实质上是在偶联剂硅烷的基础 上加入某种粘结剂使其具有特殊的作用，这是一种 具有双重化学性质的物质，其分子结构中通常都会 有两种不同性质的基因，一种是亲无机物（强极性） 的基因易和无机物（如砂子）起反应，形成牢固的化 学键；另一种是亲有机物（极性小或非极性）的基因 能和有机物（合成树脂）起反应或互溶。在混制覆膜
壳型（芯）的固化温度、结壳速度、覆膜砂中树脂 的加入量、原砂性能以及填砂方式等等工艺参数对 铸件的尺寸精度、表面粗糙度和成品率均有影响，但 在基本工艺条件的情况下，最重要的影响因素是覆 膜砂本身的热态性能。铸造工作者几十年来在覆膜 砂的热态性能提高上做了很多工作，目标主要是在 降低树脂加人量的同时提高或保持必要的热态性 能。几十年来，树脂的加入量已从上世纪８０年代的 ３．５％，到９０年代降低到２．５％左右，但仍感到加入量 过大，热态性能不够好，同时膜壳等缺陷问题也解决 得不好。
万方数据
ｏＦ ＭＴ中国铸造装备与技术４／２００９
材料工艺ＭＡＴＥＲＩＡＬ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
砂时选择合适的时间和温度以获得强度的最大值。 这两种促进剂可以提高树脂在原砂表面的附着
力，增加强度；可以加强树脂膜的内聚强反应，使树 脂与原砂间的粘结桥内聚力提高，覆膜砂的强度也 随之提高；可以增加覆膜砂韧性；可以改变覆膜砂的 固化速度，在一定的固化时间内可提供足够强度的 壳体，提高壳芯生产的合格率。
００ＣｒｌＴＮｉｌ４Ｍ０２不锈钢萃取槽磷酸浆料泵叶轮，实
收稿日期：２００９－０４－１７ 文章编号：２００９－０６６
际运转８３天就呈现明显的点蚀而报废【１１。可见，寻求 一种适用制造磷酸浆料泵的材料十分迫切。本文介
作者简介：郭代营（１１９７４－）。男，工程师，主要从事抗磨白Ｅｌ铸铁铸件
绍一种耐磨蚀高铬铸铁及其生产１５０ＺＧＢ渣浆泵叶
（００Ｃｒ２０Ｎｉ２５Ｍ０４．５Ｃｕ）等低碳高铬高镍合金。这些材
蚀和磨损破坏。目前国内外普遍使用的浆料泵过流
料虽然具有良好的耐腐蚀性，但硬度低（ＨＲＣ３０左
件材质是ＵＢ６（０Ｃｒ２０Ｎｉ２５Ｍ０５）、Ｃａｒｐｅｎｔｅｒ（ＯＣｒ２０
右），耐磨性差，不能抵抗浆料的冲蚀磨损，用其制作
Ｎｉ２９Ｍ０３Ｃｕ４）、Ｓａｎｉｃｒｏ（０Ｃｒ２７Ｎｉ３ １ Ｍ０３Ｃｕ）、２ＲＫ６５ 的浆料泵过流件使用寿命很低，如国内某厂采用
高、粒形好、杂质少的原砂。如果ＳｉＯ：含量低，杂质 多，则这部分杂质将与覆膜的树脂结合，增加树脂的 消耗量，同时连接砂粒与砂粒的树脂粘结桥，也会因 杂质的过多混入，使固化后的覆膜砂强度降低。我们 选用福建东山砂，其ＳｉＯ：含量９７％，粒形圆，耐火度 达１４５０ ｏＣ，原砂集中率在６０％左右，可直接使用，无 需水洗。可根据覆膜砂的使用对象选用不同的粒度， 以提高强度。
材料工艺ＭＡＴＥＲＩＡＬ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
低树脂快速固化覆膜砂的研制
Ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｏｆ Ｒｅｐｉｄ Ｃｕｒｅｄ Ｌｏｗ Ｒｅｓｉｎ Ｃｏａｔｅｄ Ｓａｎｄ
孟庆周（济南铸造锻压机械研究所，济南２５００２２）
关键词：覆膜砂，热态性能 中图分类号：ＴＧ２２１＋．１；文献标识码：Ｂ；文章编号：１００６－９６５８（２００９）０４－２
图２普通覆膜砂断口
图３图２放大７倍
ｏＦＭＴ中国铸造装备与技术４／２００９ 万方数据
材料工艺ＭＡＴＥＲＩＡＬ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
耐磨蚀高铬铸铁叶轮的成形研究
Ｓｔｕｄｙ Ｏｉｌ Ｃａｓｔｉｎｇ ｏｆ Ｗｅａｒ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ Ｈｉｇｈ Ｃｒ Ｃａｓｔ Ｉｒｏｎ Ｉｍｐｅｌｌｅｒ
研究工作
轮的工艺。
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３生产验证 这种低树脂快速固化覆膜砂自１９９９年开始已
（５）耐高温性能的简易对比验证：将“８”字试样 放入已加热到１０００。１２００℃的马弗炉中，试样是横 态直立方式放置在炉内，保温４ ｈ后，随炉冷却到室 温，冷却后这种覆膜砂的试样不掉砂、不变形、无损 伤；而不加促进剂的普通覆膜砂试样在１５ ｍｉｎ后已 完全烧透、烧塌。
（６）在ＴＳＭ一２型扫描电镜下观察热炕拉后的试 样断口，可见断口比较光滑，无撕裂痕迹，属于脆性 断裂类型，说明树脂粘结桥的内聚强度比较高，相对 于不加促进剂Ａ和Ｂ的试样断口来说有明显的不 同。
生产大型中空壳芯时，脱壳缺陷是造成废品的 主要原因。脱壳的特征是结壳终了时，壳芯内腔仍有 部分塑性状态的砂层，其表面的树脂膜粘结桥尚未 硬化，从邻近的已硬化层脱开而落下，有部分脱落， 也有层脱现象，形成壳芯报废。这是由覆膜砂的固化 速度不够快和其吸水性造成的，特别在南方空气湿 度较大或存放时间过长这种缺陷就更多些。因此在 促进剂中也考虑加入阻止树脂吸水的组分。Ａ物质 中是两种以上的树脂组成，在覆膜砂加热固化时，酚 醛树脂内的水分子与Ａ物质中其他物质结合，快速 反应，形成氧化保护膜，使水分子不再散发出来。
自第二次世界大战期间，德国人克朗宁发明壳 型（芯）法以来，这一工艺已经历了半个多世纪，这种 成型方法，特别在汽车、内燃机行业中的制芯领域， 一直在使用，不断在发展。虽然这几十年中热芯盒、 冷芯盒等各种新工艺层出不穷，但对形状复杂、薄 壁、表面质量和尺寸精度要求高的诸如大批量生产 的缸体、缸盖、变速箱等中空壳型芯，仍采用覆膜砂 制芯。但随着汽车等行业技术的发展，对铸件的质量 要求愈来愈高，再加上环保方面的要求，现有的覆膜 砂性能已满足不了生产的要求，主要的问题是树脂 加入量偏大，又污染环境。
图１抗弯强度试样
表１ ２００８年１０月的检测结果记录
项目
测定值
实测
ｌ
２
３
热抗拉强度／ＭＰａ
≥４．０
４．５
４．９
５．５
常温抗拉强度／ＭＰａ 热抗弯强度／ＭＰａ
≥５．０ ≥７．０
７．０
９．２
１０
７．８
７．９
８．０
常温抗弯强度／ＭＰａ
≥ｌＯ．０
１１．８
１１．９
１１．８
验机上进行。其过程是将４５０ ｇ覆膜砂利用漏斗自由 撒落到加热温度为２３２±５℃的金属圆盘上结壳，６０ ｓ 后，加热盘翻转１８０。，此时砂壳朝下，部分覆膜砂掉 下，称其重为形，，再等６０ ｓ，其间又有部分覆膜砂掉 落，称其重为肜：。多次试验其平均值形，为５９ ｇ，形： 为Ｏ。这样可定义结壳率为：（４５０一Ｗ。一形：）／４５０ｘ１００％ ＝８７％。在此结壳率下，壳芯因脱壳造成的废品＜５％。
关键词：渣浆泵，叶轮，耐磨蚀性，高铬铸铁 中图分类号：ＴＧ２５１．２；文献标识码：Ｂ；文章编号：１００６—９６５８（２００９）０４—３ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｆｏｕｎｄｒｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ａ ｗｅａｒ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｈｉｇｈ－Ｃｒ ｃａｓｔ ｉｒｏｎ ｉｍｐｅｌｌｅｒ ｕｓｅｄ ｉｎ １ ５０ＺＧＢ ｓｌｕｒｒｙ ｐｕｍｐ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｉｍｐｅｌｌｅｒｓ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｍｅｔ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｄｅｍａｎｄｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｎｏ ｃｒａｃｋ，ｓｕｒｆａｃｅ ｓｍｏｏｔｈｎｅｓｓ．ａｎｄ ｈｉｇｈ ｈａｒｄｎｅｓｓ．Ｔｈｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍｐｅｌｌｅｒｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｓｌｕｒｒｙ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｐｒｏｖｅｄ ｔｏ ｂｅ ４ ｔｏ ６ ｔｉｍｅｓ ａｓ ｌｏｎｇ ａｓ ｔｈａｔ ｍａｄｅ ｏｆ ＵＢ６（０Ｃｒ２０Ｎｉ２５Ｍ０５）． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｌｕｕｒｙ ｐｕｍｐ，Ｉｍｐｅｌｌｅｒ，ｗｅａｒ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｈｉｇｈ－Ｃｒ ｃａｓｔ ｉｒｏｎ