消失模泡沫材质对球墨铸铁组织与性能的影响

王邦伦，陈 松，贾文静，任苗苗，李善静
（安徽工程大学 机械与汽车工程学院，安徽 芜湖 ２４１０００）
摘 要： 利用金相显微镜、布 氏硬度计、显微硬度计、定量金相软件等，对比研究了 ＥＰＳ与 ＳＴＭＭＡ ２ 种 消 失 模 泡 沫 材 质的球墨铸铁试样的组织与性能。结 果表明：２种试样在石墨尺寸、形态、分 布 方 面 无 明 显 差 异，均 存 在 少 量 的 蠕 虫 状 石 墨；ＥＰＳ球墨铸铁试样基体组织中的珠光体含量高于 ＳＴＭＭＡ 试样，且珠光体片层间距小于 ＳＴＭＭＡ 试样；ＥＰＳ球墨铸 铁试样的布氏硬度高于 ＳＴＭＭＡ 试样。 关 键 词 ： 消 失 模 铸 造 ；球 墨 铸 块 ；ＥＰＳ；ＳＴＭＭＡ 中 图 分 类 号 ： ＴＧ２５５ 文 献 标 志 码 ： Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－６９０６．２０１９．０４．００８
· ３６ · 图 １ 铸 造 用 模 具 三 维 图
中原工学院学报
２０１９ 年 第 ３０ 卷
２ 试 验 结 果
２．１ 试 样 抛 光 态 显 微 组 织 图２为试样抛光状态 的 显 微 组 织。可 以 发 现，
ＳＴＭＭＡ与 ＥＰＳ球墨铸铁试 样 在 石 墨 尺 寸、形 态 及 分 布方面无显著虫 状石墨。
收 稿 日 期 ：２０１９－０６－１８ 引 文 格 式 ：王 邦 伦 ，陈 松 ，贾 文 静 ，等 ．消 失 模 泡 沫 材 质 对 球 墨 铸 铁 组 织 与 性 能 的 影 响 ［Ｊ］．中 原 工 学 院 学 报 ，２０１９，３０（４）：３５－３９，４４．
ＷＡＮＧ Ｂａｎｇｌｕｎ，ＣＨＥＮ Ｓｏｎｇ，ＪＩＡ Ｗｅｎｊｉｎｇ，ｅｔ ａｌ．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｌｏｓｔ ｍｏｌｄ ｆｏａｍ ｍａｔｅｒｉａｌ ｏｎ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｄｕｃｔｉｌｅ ｉｒｏｎ ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｚｈｏｎｇｙｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１９，３０（４）：３５－３９，４４（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）．
上述研究主要关注消失模泡沫材质本身的理化性 能，但关于泡沫材质 对 球 墨 铸 铁 组 织 性 能 影 响 的 研 究 较少。本 文 对 比 研 究 了 ＥＰＳ 与 ＳＴＭＭＡ ２ 种 泡 沫 材 料对球墨铸铁组织与 性 能 的 影 响，为 企 业 在 消 失 模 铸 造中选择合适的泡沫材质提供一定参考。
将试样依次用砂纸磨制、抛 光 布 抛 光 后，用 ４％ 的 硝酸酒精溶液腐蚀。用奥林巴斯 ＢＸ５１金相显微镜观 察显微组织。用定量金相软件测定试样中石墨和珠光 体 的 面 积 百 分 比 。 用３１０ＨＢＳ－３０００ 数 显 布 氏 硬 度 计 测 量 试 样 硬 度 ，每 个 试 样 测 ５ 个 不 同 位 置 并 取 平 均 值 ； 用显微硬度计测定试样不同显微组织的布氏硬度。
１ 实 验 材 料 及 方 法
消失模泡沫材料来 源 于 企 业 Ａ，铸 造 实 验 方 案 参 照企业 Ｂ。模具结 构 如 图 １ 所 示 （此 模 具 为 企 业 实 验 通 用 模 具 ，实 际 只 需 ６ 个 ，余 ２ 个 ），模 具 由 ８ 束 尺 寸 均 为５０ｍｍ×５０ ｍｍ×５００ ｍｍ 的 长 方 体 构 成。 其 中 ３ 束泡沫模采用 ＥＰＳ材料，３束泡沫模采 用 ＳＴＭＭＡ 材 料。在１ ５３０ ℃时将铁液浇注到模具中，空冷至室温， 采用线切割方式在每束铸件 上距顶 端１０ｍｍ、１００ ｍｍ 及３００ｍｍ 处 取 样 （见 图 １），共 得 到 １８ 个 尺 寸 均 为 ５０ｍｍ×５０ｍｍ×１０ｍｍ 的长方体试样。
消 失 模 铸 件 质 量 高 、设 计 方 便 且 生 产 成 本 低 ，球 墨 铸 铁 不 仅 具 有 较 高 的 强 度 、韧 性 和 耐 磨 性 ，还 有 良 好 的 铸造 性、可 加 工 性［１－２］，因 此，球 墨 铸 铁 消 失 模 铸 造 工 艺的 应 用 越 来 越 广 泛。 消 失 模 泡 沫 材 质 有 ＥＰＳ、 ＳＴＭＭＡ和 ＥＰＭＭＡ，其中 前 两 种 在 工 业 生 产 中 应 用 较多。不少学者对消失模泡沫材质进行了研究。李曦 等研究了 ＥＰＳ和 ＳＴＭＭＡ ２ 种 泡 沫 材 料 的 热 氧 化 分 解过程，利 用 热 重 分 析 仪 分 析 了 ＥＰＳ 和 ＳＴＭＭＡ 的 热氧化降解行为特性 及 反 应 机 理，发 现 在 热 氧 化 分 解 过程中 ＥＰＳ 的 分 解 温 度 比 ＳＴＭＭＡ 高，认 为 ＥＰＳ 泡 沫的氧化分解速率受 界 面 反 应 速 率 影 响，由 相 界 面 反 应机理控制；而 ＳＴＭＭＡ 泡 沫 的 分 解 过 程 较 为 复 杂， 由多种反应机制控制 。 ［３］ 白明雪对球墨铸铁铸造 用 消 失模板材成型工艺及 性 能 进 行 了 研 究，通 过 燃 烧 试 验 及物理性 能 测 试 认 为，ＳＴＭＭＡ 的 燃 烧 性 能 较 好，在 残余率、气 化 分 解 等 方 面 优 于 ＥＰＳ；通 过 铸 造 试 验 发 现，ＳＴＭＭＡ 产 生 的 黑 渣 缺 陷 比 ＥＰＳ 少 。 ［４］ ＡＺＩＭＩ 等对消失模用 泡 沫 热 解 特 性 进 行 了 研 究［５］。ＣＡＵＬＫ 研究了充型过程中多种泡沫降解前沿气隙形成的模式 对 金 属 液 充 型 的 影 响 ，认 为 在 气 隙 模 式 下 ，泡 沫 的 液 态 产物在金属液中受热 气 化 形 成 大 量 气 泡 逸 出，并 进 入 金属液／泡沫界面形成气隙层 。 ［６－７］
第 ３０ 卷 第 ４ 期 ２０１９ 年 ８ 月
中原工学院学报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＺＨＯＮＧＹＵＡＮ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏｌ．３０ Ｎｏ．４ Ａｕｇ．２０１９
文 章 编 号 ：１６７１－６９０６（２０１９）０４－００３５－０５
消失模泡沫材质对球墨铸铁组织与性能的影响