无机化学粘结剂砂型化学硬化砂(共69页).ppt

1、西安工业大学西安工业大学2-2 2-2 无机化学粘结剂砂型芯无机化学粘结剂砂型芯化学硬化砂化学硬化砂n1 1、无机化学粘结剂的种类、无机化学粘结剂的种类n n 钠水玻璃钠水玻璃最广泛最广泛n 水泥水泥其次其次n 磷酸盐聚合物磷酸盐聚合物近年新近年新开发开发分类分类钠水钠水玻璃玻璃水水泥泥磷酸盐磷酸盐聚合物聚合物西安工业大学西安工业大学n2 2、化学硬化砂的优点、化学硬化砂的优点(5(5方面方面n1 1砂流动性好，易紧实，故造型劳力强度低。砂流动性好，易紧实，故造型劳力强度低。n 2 2可简化造型工艺可简化造型工艺缩短生产周期，提高生产率。缩短生产周期，提高生产率。n 3 3提高铸件质量提高铸件

2、质量减少缺陷。减少缺陷。n 4 4型芯尺寸精度高，可在型硬化后起模。型芯尺寸精度高，可在型硬化后起模。n5 5取消或缩短烘烤时间，降低能耗，工作环境和工作取消或缩短烘烤时间，降低能耗，工作环境和工作条件改善。条件改善。n3 3、钠水玻璃砂的硬化方法、钠水玻璃砂的硬化方法n 1 1二氧化碳法二氧化碳法n 2 2自硬法粉状硬化剂或液态硬化剂自硬法粉状硬化剂或液态硬化剂n 3 3加热硬化法加热硬化法西安工业大学西安工业大学n4.缺点：缺点：缺点溃散性差保存性差强度局限性再生性差西安工业大学西安工业大学n5 5、应用的局限性及开展方向、应用的局限性及开展方向n 对某些铸件，硬化后强度还不够理想对某些铸

3、件，硬化后强度还不够理想, ,应用应用受限，但从环保，本钱，材料来源方面占优势。受限，但从环保，本钱，材料来源方面占优势。西安工业大学西安工业大学n2-2-1 2-2-1 钠水玻璃及钠水玻璃砂的硬化机理钠水玻璃及钠水玻璃砂的硬化机理n一、钠水玻璃及其质量要求一、钠水玻璃及其质量要求n水玻璃水玻璃各种聚硅酸盐水溶液的通称。各种聚硅酸盐水溶液的通称。n种类：钠水玻璃种类：钠水玻璃n 钾水玻璃钾水玻璃 n 季铵盐水玻璃的水溶液季铵盐水玻璃的水溶液n钠水玻璃的化学式钠水玻璃的化学式Na2ONa2OmSiO2mSiO2nH2OnH2On成分成分根据氧化钠与二氧化硅之比和结晶水的分子数根据氧化钠与二氧化硅

4、之比和结晶水的分子数分为：分为：n 原硅酸钠原硅酸钠Na4SiO4Na4SiO4n 一水原硅酸钠一水原硅酸钠(Na3HSiO41H2O)(Na3HSiO41H2O)n 二水原硅酸钠二水原硅酸钠(Na3HSiO42H2O)(Na3HSiO42H2O)n 五水原硅酸钠五水原硅酸钠(Na3HSiO45H2O)(Na3HSiO45H2O)西安工业大学西安工业大学n 偏硅酸钠偏硅酸钠Na2SiO3n 一水偏硅酸钠一水偏硅酸钠 (Na2HSiO31H2O)n 五水偏硅酸钠五水偏硅酸钠(Na2HSiO35H2O)n 六水偏硅酸钠六水偏硅酸钠 (Na2HSiO36H2O)n 八水偏硅酸钠八水偏硅酸钠 (Na2

5、HSiO38H2O)n 九水偏硅酸钠九水偏硅酸钠 (Na2HSiO39H2O)n 二硅酸钠二硅酸钠(Na2Si2O5)n 四硅酸钠水合物四硅酸钠水合物(Na6Si13O2911H2O)n 焦磷酸钠焦磷酸钠(Na6Si2O7)西安工业大学西安工业大学n存在问题：存在问题：n 钠水玻璃中的硅酸盐究竟以哪些化合物的钠水玻璃中的硅酸盐究竟以哪些化合物的形态存在于水溶液中还不太清楚？形态存在于水溶液中还不太清楚？n 尽管将偏硅酸钠写成尽管将偏硅酸钠写成Na2 SiO3,Na2 SiO3,但简单的偏但简单的偏硅酸离子硅酸离子SiO32-SiO32-并不存在。偏硅酸钠的结构并不存在。偏硅酸钠的结构实际为实际

6、为Na2(H2SiO4)Na2(H2SiO4)和和Na(H3SiO4)Na(H3SiO4)，因此水溶液中，因此水溶液中的负离子只有的负离子只有H3SiO4-H3SiO4-和和 H2SiO42-H2SiO42-n特性：强碱性，特性：强碱性，PH=11PH=111313n直接影响它的化学和物理性质的重要参数：直接影响它的化学和物理性质的重要参数：n模数，密度，含固量，粘度。模数，密度，含固量，粘度。西安工业大学西安工业大学n模数模数n1 1、M=M=n nSiO2SiO2/ /n nNa2ONa2O=1.033=1.033w wSiO2SiO2 / /w wNa2ONa2On2 2、模数的意义、模

7、数的意义n M M大小仅表示钠水玻璃中二氧化硅和氧化钠的大小仅表示钠水玻璃中二氧化硅和氧化钠的物质的量比。并不表示钠水玻璃中硅酸钠的质量物质的量比。并不表示钠水玻璃中硅酸钠的质量分数；模数高的钠水玻璃，其硅酸钠的质量分数分数；模数高的钠水玻璃，其硅酸钠的质量分数不一定高。不一定高。西安工业大学西安工业大学n3 3、常用、常用M M大小大小223.33.3n4 4、改变、改变M M大小的化学方法大小的化学方法n1 1降低降低MM参加适量参加适量NaOHNaOH，即提高氧化钠的含量。，即提高氧化钠的含量。n2 2提高提高MM参加参加HClHCl、NH4Cl,NH4Cl,即中和局部氧化钠。即中和局部

8、氧化钠。西安工业大学西安工业大学n钠水玻璃密度、含固量和粘度钠水玻璃密度、含固量和粘度n1 1、密度、密度和含固量和含固量S Sn1 1密度密度取决于钠水玻璃中水的质量分数，而不取决于钠水玻璃中水的质量分数，而不是它的模数。是它的模数。n常用常用=1.32=1.321.68g/cm3 1.68g/cm3 或波美度或波美度35355454的钠水的钠水玻璃。玻璃。n2 2水分和含固量的测定水分和含固量的测定n将重量的钠水玻璃同煅烧硫酸钙或干净石英砂混合，将重量的钠水玻璃同煅烧硫酸钙或干净石英砂混合，再将混合物在再将混合物在104104左右烘至恒重，计算水分。左右烘至恒重，计算水分。西安工业大学西安

9、工业大学nH2O=(W+G-W-G)/W 100%n式中：式中：W混合物中钠水玻璃的质量；混合物中钠水玻璃的质量；n G混合物中颗粒材料的质量；混合物中颗粒材料的质量；n G单独将同样颗粒材料烘干后损失的质单独将同样颗粒材料烘干后损失的质量；量；n W混合物烘至恒重的质量；混合物烘至恒重的质量；n含固量S=100- H2O西安工业大学西安工业大学n2 2、粘度、粘度: :随钠水玻璃的水分、密度和模数而定。随钠水玻璃的水分、密度和模数而定。n1 1水分一定，模数水分一定，模数，粘度，粘度P132P132表表2-2-12-2-1n2 2模数一定，水分模数一定，水分，粘度，粘度P132P132表表2

10、-2-22-2-2n3 3、硬化方式与钠水玻璃模数、密度的关系、硬化方式与钠水玻璃模数、密度的关系n P132P132表表2-2-32-2-3n二、钠水玻璃砂的硬化机理二、钠水玻璃砂的硬化机理n 1 1、硅酸钠水溶液体系、硅酸钠水溶液体系n Si-O-Na+ + H2O Si-O-H + Na+ + OH-Si-O-Na+ + H2O Si-O-H + Na+ + OH-n 2 2、水解平衡方向及水解度、水解平衡方向及水解度P133P133式式2-2-92-2-9，2-2-2-2-10)10)n 缩聚缩聚n Si-O-H + H-O-Si Si-O-Si + H2O Si-O-H + H-O-

11、Si Si-O-Si + H2O n 解聚解聚西安工业大学西安工业大学 或或 Si-O-+ H-O-Si Si-O-Si +OH- 水解产生的硅酸不稳定可以缩聚为多硅酸，硅氧烷链水解产生的硅酸不稳定可以缩聚为多硅酸，硅氧烷链沿线性方向生长形成高聚物。进一步形成凝胶导致硬沿线性方向生长形成高聚物。进一步形成凝胶导致硬化。化。 目前，铸造生产中常用的一些硬化方法，都是基于目前，铸造生产中常用的一些硬化方法，都是基于参加能直接或间接影响上述反响平衡点的气态、液态参加能直接或间接影响上述反响平衡点的气态、液态或粉状硬化剂，以与氢氧根离子作用，并降低或粉状硬化剂，以与氢氧根离子作用，并降低PH值，值，或

12、靠失水，或靠上述二者的复合作用来到达硬化。或靠失水，或靠上述二者的复合作用来到达硬化。西安工业大学西安工业大学失水发生由液态向固态的转变失水发生由液态向固态的转变 1 1、去除钠水玻璃中水分的方法：烘、吹热、去除钠水玻璃中水分的方法：烘、吹热空气或枯燥的压缩空气，真空脱水，微波照射空气或枯燥的压缩空气，真空脱水，微波照射以及参加产生放热反响的化合物等，都可使钠以及参加产生放热反响的化合物等，都可使钠水玻璃硬化。水玻璃硬化。 2 2、P133P133图图2-2-22-2-2为氧化钠、二氧化硅和水为氧化钠、二氧化硅和水三元系统的常温状态图。铸造用区域阴影局三元系统的常温状态图。铸造用区域阴影局部部

13、M=2.0M=2.03.33.3，=1.2=1.21.7g/cm31.7g/cm3西安工业大学西安工业大学n n 3 3、失水机理解释、失水机理解释n 钠水玻璃中的硅酸钠溶于水，产生溶钠水玻璃中的硅酸钠溶于水，产生溶剂化作用，使其周围形成水化膜，水化膜剂化作用，使其周围形成水化膜，水化膜将硅酸钠质点隔离，使钠水玻璃呈稳定状将硅酸钠质点隔离，使钠水玻璃呈稳定状态，钠水玻璃的粘结性能和强度的增长，态，钠水玻璃的粘结性能和强度的增长，源于水分降低，水化膜被破坏，致使其粘源于水分降低，水化膜被破坏，致使其粘度迅速增加所致，其最高强度，在变为脱度迅速增加所致，其最高强度，在变为脱水液体区域内就可以得到。

14、产生主要是无水液体区域内就可以得到。产生主要是无水玻璃状多聚硅酸钠。水玻璃状多聚硅酸钠。 西安工业大学西安工业大学化学反响、形成新的产物化学反响、形成新的产物 1 1、钠水玻璃的稳定性、钠水玻璃的稳定性 钠水玻璃在钠水玻璃在PHPH1010以上很稳定以上很稳定;PH;PH10 10 稳定性下降。稳定性下降。 2 2、PHPH值对钠水玻璃胶凝时间的影响曲线值对钠水玻璃胶凝时间的影响曲线 P134P134图图2-2-3 2-2-3 呈呈N N字形字形 PHPH在在6.86.89.19.1之间，胶凝速度最快；之间，胶凝速度最快； PHPH在在3.23.23.93.9和和1010以上，胶凝速度最慢，钠

15、水玻璃最稳定。以上，胶凝速度最慢，钠水玻璃最稳定。 胶凝时间的测定方法：用胶凝时间的测定方法：用50ml50ml钠水玻璃置于钠水玻璃置于250ml250ml涂涂蜡烧杯内，恒速搅拌，用滴定管参加蜡烧杯内，恒速搅拌，用滴定管参加50ml50ml酸液。酸液。 胶凝时间：从两种液体开始混合完毕到所形成的溶胶凝时间：从两种液体开始混合完毕到所形成的溶胶失去流动性为止所经历的时间。胶失去流动性为止所经历的时间。 西安工业大学西安工业大学n3 3、硅酸在溶液内的聚合作用机制、硅酸在溶液内的聚合作用机制( (尚无定论尚无定论 1 1戴安邦观点两种不同机制戴安邦观点两种不同机制n 以原硅酸钠为例，硅酸离子的逐步

16、酸化过程：以原硅酸钠为例，硅酸离子的逐步酸化过程：n H+ H+ H+H+ H+ H+n H2SiO42-H3SiO4-H4SiO4H5SiO4 + H2SiO42-H3SiO4-H4SiO4H5SiO4 +n 在碱性、中性和微酸性溶液中的缩聚作用；在碱性、中性和微酸性溶液中的缩聚作用；n H4SiO4+ H3SiO4- (HO)3SiOH4SiO4+ H3SiO4- (HO)3SiOSi(HO)3+OH-Si(HO)3+OH-n 在浓酸溶液内的聚合作用；在浓酸溶液内的聚合作用；n 主要是中性分子与一价阳离子的聚合作用，在主要是中性分子与一价阳离子的聚合作用，在溶液溶液PH=1.5PH=1.5

17、4.54.5之间，两种作用同时并进。之间，两种作用同时并进。西安工业大学西安工业大学n2 2水解单聚物化合观点水解单聚物化合观点n 在在H+H+作用下，钠水玻璃水解成中性硅酸分子，作用下，钠水玻璃水解成中性硅酸分子，它是单聚物，不稳定。会与另一单聚物化合成二它是单聚物，不稳定。会与另一单聚物化合成二硅酸，二硅酸又与另一单聚物反响产生三硅酸，硅酸，二硅酸又与另一单聚物反响产生三硅酸，如此下去形成高聚物。如此下去形成高聚物。n 3 3混杂观点混杂观点n 上述几种缩聚反响均存在。上述几种缩聚反响均存在。n 4 4、硅酸凝胶中水分的保持极其与强度的关系、硅酸凝胶中水分的保持极其与强度的关系n 硅酸凝胶

18、带有硅酸凝胶带有6 6个分子水时具有最大强度。无个分子水时具有最大强度。无水硅胶较脆，强度很低。水硅胶较脆，强度很低。西安工业大学西安工业大学n5 5、钠水玻璃砂的、钠水玻璃砂的CO2CO2硬化机制硬化机制n 砂粒外表有很薄的水玻璃膜砂粒外表有很薄的水玻璃膜3.8um3.8um，如吹，如吹 CO2CO2硬化，硬化，CO2CO2是一种脱水能力相当强的气体，从砂粒周围流过，是一种脱水能力相当强的气体，从砂粒周围流过， CO2CO2与粘结剂接触面积大，使钠水玻璃局部失水，同时与粘结剂接触面积大，使钠水玻璃局部失水，同时CO2CO2与钠与钠水玻璃中的水作用形成碳酸：水玻璃中的水作用形成碳酸：n CO2

19、+H2O2H+CO32-CO2+H2O2H+CO32-n 从而使表层钠水玻璃的从而使表层钠水玻璃的PHPH值不断降低，并到达迅速硬值不断降低，并到达迅速硬化。化。n CO2CO2硬化既有钠水玻璃的物理脱水作用，也有化学反响，硬化既有钠水玻璃的物理脱水作用，也有化学反响，二种机理难以截然分开。二种机理难以截然分开。n 西安工业大学西安工业大学n钠水玻璃膜：钠水玻璃膜：n 膜由两层组成膜由两层组成n 表层表层:主要成分是主要成分是硅酸胶体以及碳酸钠、硅酸胶体以及碳酸钠、碳酸氢钠结晶。碳酸氢钠结晶。n 里层里层:主要成分硅主要成分硅酸钠胶体。酸钠胶体。西安工业大学西安工业大学n 两层的相对厚度两层的

20、相对厚度n 取决于钠水玻璃的化学反响程度，受硬化取决于钠水玻璃的化学反响程度，受硬化工艺，钠水玻璃模数等因素的影响。工艺，钠水玻璃模数等因素的影响。n 6 6、各种硬化方法所得钠水玻璃砂的强度、各种硬化方法所得钠水玻璃砂的强度P136P136表表2-2-42-2-4西安工业大学西安工业大学n2-2-2 2-2-2 二氧化碳二氧化碳- -钠水玻璃砂及砂型芯的制造钠水玻璃砂及砂型芯的制造工艺工艺n一、芯型砂及芯盒模样一、芯型砂及芯盒模样n1 1、二氧化碳、二氧化碳钠水玻璃砂组成钠水玻璃砂组成n2 2、钠水玻璃砂的混制可使用各种混砂机，放有、钠水玻璃砂的混制可使用各种混砂机，放有盖的容器中或覆以湿的

21、麻袋盖的容器中或覆以湿的麻袋n3 3、造型模样要求起模难，拔模斜度大，木模采、造型模样要求起模难，拔模斜度大，木模采用活块，气化模，组芯造型，易粘模砂中加重油，用活块，气化模，组芯造型，易粘模砂中加重油，n 西安工业大学西安工业大学n二、制芯型及吹二氧化碳硬化二、制芯型及吹二氧化碳硬化n1 1、制芯紧实方法、制芯紧实方法手工、微震、吹射手工、微震、吹射n2 2、吹二氧化碳方法、吹二氧化碳方法据型芯的大小和据型芯的大小和形状选择形状选择西安工业大学西安工业大学吹二氧化碳吹二氧化碳方法方法插管法插管法脉冲吹气法脉冲吹气法真空二氧真空二氧化碳硬化法化碳硬化法模样通气法模样通气法盖罩法盖罩法西安工业大

22、学西安工业大学n3 3、吹二氧化碳时钠水玻璃的温度、吹二氧化碳时钠水玻璃的温度n 20203030为宜。为宜。n 常用促硬剂：酸性盐如硫酸亚铁。常用促硬剂：酸性盐如硫酸亚铁。n 硫酸亚铁可发生水解，增加硫酸亚铁可发生水解，增加HH+ + 浓度，使钠水浓度，使钠水玻璃不稳定，再吹二氧化碳，就可以很快强化。玻璃不稳定，再吹二氧化碳，就可以很快强化。n4 4、吹气流速和吹气时间的影响、吹气流速和吹气时间的影响n 1)1)流速流速n 2)2)时间时间n 对即用型芯对即用型芯高高V V流流，长，长吹吹n 长达一星期内使用长达一星期内使用低低V V流流，短，短吹吹 西安工业大学西安工业大学3 3吹气压力吹

23、气压力0.150.150.2MPa0.2MPa。4 4据砂箱面积定吹气时间据砂箱面积定吹气时间 一般一般1010秒几分钟。秒几分钟。P140P140表表2-2-52-2-55 5计算法确定计算法确定Q Q气吹气量气吹气量 按件重：按件重：1t1t铸件用二氧化碳量，铸件用二氧化碳量，Q Q气气=10=1012kg12kg 按水玻璃量：按水玻璃量：QCO2 =1/9WQCO2 =1/9W水玻璃重理论水玻璃重理论 QCO2=1/2WQCO2=1/2W水玻璃重水玻璃重 实际实际 QCO2 =2%QCO2 =2%钠水玻璃砂重钠水玻璃砂重 实际实际 据据QCO2 QCO2 确定确定吹吹 西安工业大学西安工

24、业大学n5 5、二氧化碳节约标准、二氧化碳节约标准n QCO2QCO2：W W水玻璃重水玻璃重 0.750.75最好最好n 0.750.751.0 1.0 良好良好n 1.0 1.0 不好不好n6 6、二氧化碳的硬化深度、二氧化碳的硬化深度n 一般可达一般可达202030mm30mm以上。以上。西安工业大学西安工业大学2-2-3 2-2-3 自硬钠水玻璃自硬钠水玻璃 砂芯型是由砂内硬化剂致硬的。砂芯型是由砂内硬化剂致硬的。 由原砂、钠水玻璃；粉状或液态有机酯硬化剂，由原砂、钠水玻璃；粉状或液态有机酯硬化剂，以及为改善砂芯型的保持性、出砂性、减少铸以及为改善砂芯型的保持性、出砂性、减少铸件缺陷、

25、提高件外表质量的附加物所组成。件缺陷、提高件外表质量的附加物所组成。一、粉状硬化剂的自硬砂一、粉状硬化剂的自硬砂 要求：具有潜伏性，能延缓钠水玻璃的胶凝反响。要求：具有潜伏性，能延缓钠水玻璃的胶凝反响。1 1、硅铁粉、硅铁粉75Si-Fe,14075Si-Fe,140目，参加目，参加1 12%2% 1 1自硬反响是基于硅与氧的亲和力很强，硅自硬反响是基于硅与氧的亲和力很强，硅- -铁铁中的硅与钠水玻璃水解的氢氧化钠和水反响。中的硅与钠水玻璃水解的氢氧化钠和水反响。 西安工业大学西安工业大学n n 2 2粘结形成机制粘结形成机制n 由于脱水以及二氧化硅与氧化钠的摩尔比即由于脱水以及二氧化硅与氧化

26、钠的摩尔比即M M变化引起的粘度改变。变化引起的粘度改变。n 3 3负作用负作用目前较少用铁目前较少用铁- -硅粉。硅粉。n 氢气易爆炸，参加高锰酸钾之类的氯化剂可使氢气易爆炸，参加高锰酸钾之类的氯化剂可使氢气浓度降低。氢气浓度降低。n2 2、含硅酸二钙的粉末及硅酸盐水泥、含硅酸二钙的粉末及硅酸盐水泥n 广泛采用。由于赤泥、铬铁渣、碱性电炉炉渣、广泛采用。由于赤泥、铬铁渣、碱性电炉炉渣、熔炼氧化镁铝的复原渣等残渣或废料中存在大量熔炼氧化镁铝的复原渣等残渣或废料中存在大量的硅酸二钙，实际生产中广泛用作钠水玻璃硬化的硅酸二钙，实际生产中广泛用作钠水玻璃硬化剂。剂。西安工业大学西安工业大学n n 1

27、 1赤泥：铝钒土提取氧化铝后的残渣，经过赤泥：铝钒土提取氧化铝后的残渣，经过水洗去碱，在水洗去碱，在800800850850焙烧和磨细而成的粉末，焙烧和磨细而成的粉末，因含氧化铁而呈红色而得名。因含氧化铁而呈红色而得名。n 主要成分：氧化钙主要成分：氧化钙505060%60%n 二氧化硅二氧化硅202030%30%n 熔点：熔点：1200120012501250n 体积密度：体积密度：0.470.470.58g/cm30.58g/cm3n 粒度：粒度：95%95%通过通过140140目筛。目筛。西安工业大学西安工业大学n n2 2硅酸二钙的硬化机理硅酸二钙的硬化机理n 水化脱水说水化脱水说n

28、认为硅酸二钙是一种水溶性物质，具有良好的水化性质，水化时放认为硅酸二钙是一种水溶性物质，具有良好的水化性质，水化时放出水化热并吸出出水化热并吸出Ga2+Ga2+，促使水玻璃水解和硅酸胶体脱水而凝胶化。，促使水玻璃水解和硅酸胶体脱水而凝胶化。n 硅酸凝胶说硅酸凝胶说n 在硬化过程中，硅酸二钙与钠水玻璃反响生成含钙和钠的含水硅酸在硬化过程中，硅酸二钙与钠水玻璃反响生成含钙和钠的含水硅酸盐，而使型砂获得一定强度。盐，而使型砂获得一定强度。n 水解生成氢氧化钙说水解生成氢氧化钙说n 硅酸二钙水解生成氢氧化钙与钠水玻璃反响生成硅酸钙和硅酸胶体，硅酸二钙水解生成氢氧化钙与钠水玻璃反响生成硅酸钙和硅酸胶体，

29、然后变成凝胶体，再变成凝胶使型砂硬化。然后变成凝胶体，再变成凝胶使型砂硬化。n 西安工业大学西安工业大学n较公认的说法：较公认的说法：n 赤泥颗粒细，外表积大，具有吸水特性，赤泥颗粒细，外表积大，具有吸水特性，造成钠水玻璃脱水，粘度增加，产生粘结。另造成钠水玻璃脱水，粘度增加，产生粘结。另外，由氧化钙和氧化硅组成硅酸二钙参加到由外，由氧化钙和氧化硅组成硅酸二钙参加到由氧化钠和氧化硅组成的钠水玻璃中，充分混合氧化钠和氧化硅组成的钠水玻璃中，充分混合有可能反响成为类似软玻璃的组分。新的产物有可能反响成为类似软玻璃的组分。新的产物和任何未反响的钠水玻璃一样，也能在这一过和任何未反响的钠水玻璃一样，也

30、能在这一过程中变得高度粘稠并产生粘结力。程中变得高度粘稠并产生粘结力。西安工业大学西安工业大学n 3 3赤泥等参加量赤泥等参加量n 赤泥占砂质量的赤泥占砂质量的3 36% 6% n 水玻璃参加量为砂质量的水玻璃参加量为砂质量的5.55.58%8%n 水量型砂总含量为水量型砂总含量为4 46%6%n 4 4型砂的混制型砂的混制n 首先：原砂首先：原砂+ +硬化剂硬化剂+ +其它粉状物在其它粉状物在混砂机中干态混匀混砂机中干态混匀n 其次：其次： 原砂原砂+ +硬化剂硬化剂+ +其它粉状物其它粉状物+ +钠水玻璃钠水玻璃 湿混匀湿混匀西安工业大学西安工业大学n5 5制芯型制芯型n 填砂后隔填砂后隔

31、4040180180分钟就可脱模。分钟就可脱模。n 2424小时后，抗压强度达小时后，抗压强度达0.6MPa0.6MPa以上。以上。n 原砂：原砂：30/5030/5040/70 40/70 n6 6粉状硬化剂自硬砂的优缺点粉状硬化剂自硬砂的优缺点n 简单、方便，但不易混匀，活性不稳定，受炉简单、方便，但不易混匀，活性不稳定，受炉渣成分、粒度、贮存期间吸水等因素的影响，粘渣成分、粒度、贮存期间吸水等因素的影响，粘结剂的粘结强度得不到充分发挥。结剂的粘结强度得不到充分发挥。西安工业大学西安工业大学二、液态有机酯硬化剂自硬砂二、液态有机酯硬化剂自硬砂1 1、液态硬化剂、液态硬化剂P142P142表

32、表2-2-62-2-6。2 2、硬化机理、硬化机理: :类似于二氧化碳硬化法类似于二氧化碳硬化法, ,也基于消耗羟也基于消耗羟基阴离子。基阴离子。3 3、酯硬化特点、酯硬化特点: : 混合均匀，型、芯所有局部以相同速度建立强度混合均匀，型、芯所有局部以相同速度建立强度, ,改善出砂性。改善出砂性。减少钠水玻璃用量，存放性好。减少钠水玻璃用量，存放性好。 西安工业大学西安工业大学n4 4、酯的水解在硬化时、酯的水解在硬化时n 酯在碱性钠水玻璃中水解，产生醇和酸。酯在碱性钠水玻璃中水解，产生醇和酸。n 0H-0H-n RCOOR+H2ORCOOH+ROH RCOOR+H2ORCOOH+ROHn R

33、COOH RCOO-+H+ RCOOH RCOO-+H+n 氢离子与氢氧根离子结合，醋酸根与钠离子结氢离子与氢氧根离子结合，醋酸根与钠离子结合，均有利于酯的进一步水解，并促使生成大的凝合，均有利于酯的进一步水解，并促使生成大的凝聚的硅酸分子，由溶胶变成凝胶，使水玻璃砂的强聚的硅酸分子，由溶胶变成凝胶，使水玻璃砂的强度增加。度增加。n 也有人认为后期生成的醋酸钠凝结成晶体，最也有人认为后期生成的醋酸钠凝结成晶体，最后形成高强度的整体凝胶。后形成高强度的整体凝胶。西安工业大学西安工业大学n5 5、使用对象：单件，成批生产钢铁及其它合金铸件。、使用对象：单件，成批生产钢铁及其它合金铸件。n 小的型、

34、芯小的型、芯 ：单一砂：单一砂n 大、中型砂型：面砂大、中型砂型：面砂n6 6、典型配方、典型配方( (质量分数：质量分数：n 石英砂：石英砂：95.695.697%97%n 钠水玻璃：钠水玻璃：3 34.4%4.4%n 有机酯为钠水玻璃质量的有机酯为钠水玻璃质量的8 812.5%12.5%n 要求：钠水玻璃要求：钠水玻璃 M=2.3M=2.32.82.8西安工业大学西安工业大学n7 7、酯的参加量：酯一定，、酯的参加量：酯一定，M M增大，反响加快增大，反响加快n 酯酯%8%15%15%，不会加快硬化时间，反而有可，不会加快硬化时间，反而有可能降低能降低拉拉 。本钱提高。本钱提高。n8 8、

35、存放性、存放性比二氧化碳硬化好，受制芯比二氧化碳硬化好，受制芯型工艺过程的影响。型工艺过程的影响。西安工业大学西安工业大学2-2-4 2-2-4 钠水玻璃砂存在的问题及其解决途径钠水玻璃砂存在的问题及其解决途径n一、出砂性差一、出砂性差n 钠水玻璃砂的主要缺钠水玻璃砂的主要缺点：溃散性差，出砂困点：溃散性差，出砂困难，从而限制了它在铸难，从而限制了它在铸造上获得更广泛的应用。造上获得更广泛的应用。 n图2-2-9 CO2钠水玻璃砂的加钠水玻璃砂的加热温度与残留强度关系热温度与残留强度关系西安工业大学西安工业大学重点：重点： n1.1.残强的两个峰值一个谷值产生的原因残强的两个峰值一个谷值产生的

36、原因? ? n2.2.高温强度峰值在高温强度峰值在400400，与残强不同步，而且，与残强不同步，而且在在400400以前几乎所有温度下的高温强度都大于以前几乎所有温度下的高温强度都大于相应模数钠水玻璃砂的残强？相应模数钠水玻璃砂的残强？ n3.3.为什么为什么400400600600，残残，高温高温都显著降低？都显著降低？ n4.4.为什么为什么800800左右左右残残出现第二峰值，出现第二峰值，高温高温 达达最低到零？最低到零？n5.8005.80010001000，残残下降？大于下降？大于12001200，残残上升？上升？n6.6.模数与模数与残残、高温高温的关系？的关系？西安工业大学西

37、安工业大学n7.7.改善钠水玻璃出砂性的途径及措施？改善钠水玻璃出砂性的途径及措施？n 1)1)在钠水玻璃砂中参加附加物在钠水玻璃砂中参加附加物n a a、有机附加物、有机附加物糖类、树脂类、油类、纤维糖类、树脂类、油类、纤维素类。素类。n b b、无机附加物、无机附加物二价或三价的金属氧化物二价或三价的金属氧化物n c c、复合附加物、复合附加物无机无机+ +有机有机n2)2)减少钠水玻璃用量减少钠水玻璃用量n3)3)降低易熔融物质的含量降低易熔融物质的含量n n 西安工业大学西安工业大学n二、铸铁件粘砂二、铸铁件粘砂n1 1、常严重粘砂：限制了钠水玻璃砂在铸铁件上的应用。、常严重粘砂：限制

38、了钠水玻璃砂在铸铁件上的应用。n2 2、中小铸钢：细粒砂，二氧化硅含量高的石英砂，提高紧实率，、中小铸钢：细粒砂，二氧化硅含量高的石英砂，提高紧实率，通常可获得外表光洁的铸件。通常可获得外表光洁的铸件。n3 3、重大铸钢件：粘砂较严重。、重大铸钢件：粘砂较严重。n4 4、粘砂形式：机械与化学并存。、粘砂形式：机械与化学并存。n5 5、粘砂机制：氧化钠、二氧化硅等与液态金属在浇注时产生的、粘砂机制：氧化钠、二氧化硅等与液态金属在浇注时产生的铁的氧化物，形成低熔点的硅酸盐。铁的氧化物，形成低熔点的硅酸盐。n 西安工业大学西安工业大学n1 1硅酸盐结构硅酸盐结构n 玻璃体玻璃体与铸件外表的结合力小，

39、易去除。与铸件外表的结合力小，易去除。n 结晶体结晶体结合牢固，产生粘砂。结合牢固，产生粘砂。n2 2铸钢铸钢n T T浇浇 高，钢水易氧化，粘砂层中氧化铁，氧化锰高，钢水易氧化，粘砂层中氧化铁，氧化锰含量高，粘砂层易于去除。含量高，粘砂层易于去除。n3 3铸铁铸铁n T T浇低，铁、锰不易氧化，粘砂层不易去除。浇低，铁、锰不易氧化，粘砂层不易去除。n4 4厚大钢件厚大钢件n 热作用时间长且强烈，钠水玻璃严重烧结，型外热作用时间长且强烈，钠水玻璃严重烧结，型外表孔多，钢水侵入造成严重粘砂。表孔多，钢水侵入造成严重粘砂。西安工业大学西安工业大学n6 6、防止措施、防止措施n 1 1刷涂料：最好刷

40、醇基涂料。刷涂料：最好刷醇基涂料。n 2 2加煤粉加煤粉3 36%6%。n 3 3加有填料效能的高岭土或粘土加有填料效能的高岭土或粘土2%2%。西安工业大学西安工业大学n三、型、芯外表粉化白霜三、型、芯外表粉化白霜n 吹二氧化碳硬化后，放一段时间，有时在型、芯外吹二氧化碳硬化后，放一段时间，有时在型、芯外表会出现象白霜一样的物质，严重降低该处外表强度，表会出现象白霜一样的物质，严重降低该处外表强度，浇注时易产生冲砂缺陷。浇注时易产生冲砂缺陷。n 成分：碳酸氢钠成分：碳酸氢钠n 原因：钠水玻璃砂中含水分或二氧化碳过多而引起原因：钠水玻璃砂中含水分或二氧化碳过多而引起的。的。n NaCO3+H2O

41、NaHCO3+NaOHNaCO3+H2ONaHCO3+NaOHn NaO+CO2+H2O2NaHCO3 NaO+CO2+H2O2NaHCO3n 碳酸氢钠易随水分向外迁移，使型、芯外表出现类碳酸氢钠易随水分向外迁移，使型、芯外表出现类似霜的粉状物。似霜的粉状物。n 西安工业大学西安工业大学n 防止措施：控制水分，吹二氧化碳时间不防止措施：控制水分，吹二氧化碳时间不宜过长，型芯不要久放，加占砂重宜过长，型芯不要久放，加占砂重1%1%、=1.3g/cm=1.3g/cm3 3 的糖浆。的糖浆。n 四、砂芯抗吸湿差四、砂芯抗吸湿差n 原因：原因：在潮湿环境中，由于钠水玻璃重新在潮湿环境中，由于钠水玻璃重

42、新发生水合作用。发生水合作用。钠水玻璃粘结剂基体中的钠离钠水玻璃粘结剂基体中的钠离子与氢氧离子吸收水分并侵蚀基体，最后使硅子与氢氧离子吸收水分并侵蚀基体，最后使硅氧键断裂重新溶解，致使钠水玻璃砂粘结强度氧键断裂重新溶解，致使钠水玻璃砂粘结强度猛降。猛降。西安工业大学西安工业大学n解决措施：解决措施： n n 1 1参加无机附加物参加无机附加物n 在钠水玻璃中参加：钾水玻璃、碳酸锂、碳在钠水玻璃中参加：钾水玻璃、碳酸锂、碳酸钙、碳酸锌。减少游离的钠离子，改善钠水玻酸钙、碳酸锌。减少游离的钠离子，改善钠水玻璃粘结剂的抗吸湿性。璃粘结剂的抗吸湿性。n 2 2加起外表活性剂作用的有机物加起外表活性剂作

43、用的有机物 n 粘结剂硬化时，钠水玻璃凝胶内亲水的钠离粘结剂硬化时，钠水玻璃凝胶内亲水的钠离子和氢氧离子或为有机憎水基取代，或相互结合，子和氢氧离子或为有机憎水基取代，或相互结合，外露的为有机憎水基，从而改善吸湿性。外露的为有机憎水基，从而改善吸湿性。西安工业大学西安工业大学n五、其它五、其它n1 1、发起量大、发起量大粘结剂本身的蒸气粘结剂本身的蒸气, ,要注意排气。要注意排气。n2 2、旧砂再生和回用困难、旧砂再生和回用困难n 旧砂再生的困难旧砂再生的困难在于难以去掉包覆在砂粒外在于难以去掉包覆在砂粒外表的钠水化合物，这就增加了砂中氧化钠的含量，表的钠水化合物，这就增加了砂中氧化钠的含量，

44、降低其耐火度，同时引起残留强度增加，恶化出降低其耐火度，同时引起残留强度增加，恶化出砂性。砂性。西安工业大学西安工业大学n再生方法：再生方法：n 再生方法再生方法干摩擦法干摩擦法超声波超声波处理法处理法热法热法+机械法机械法化学法化学法湿法湿法西安工业大学西安工业大学n 干摩擦法：难以去除砂中碱分。n 湿法：效果较好，但增加砂子的烘干工序。废水的循环使用也还存在问题，同时也不能去掉砂粒外表的钠水玻璃膜。n 化学法：热水、酸化水或者碱溶液增加对钠水玻璃膜的溶解。n 超声波处理法：用超声波对砂浆含水40%面砂重处理，有学者认为可得到近似新砂的再生砂。去掉旧砂外表的钠水玻璃膜；消除砂粒不平和凸起局部

45、，圆整砂粒。n 最正确时间：2030分钟，过长破坏砂粒。n 最有开展前途的方法之一：热法+机械法。加热使膜脆化，再用机械搓擦破碎，最后用抽风方法将粉尘彻底去除。西安工业大学西安工业大学n3 3、热膨胀问题、热膨胀问题n 加热温度及时间对钠水玻璃砂热膨胀的影响曲加热温度及时间对钠水玻璃砂热膨胀的影响曲线线: :n 0 0250250脱水收缩脱水收缩n 250250800800膨胀增大膨胀增大n 80080010001000钠水玻璃熔融，收缩钠水玻璃熔融，收缩n 10001000膨胀增大。膨胀增大。n 钠水玻璃可改变二氧化硅晶型转变：钠水玻璃可改变二氧化硅晶型转变：n 例：方石英不是在例：方石英不

46、是在14701470迅速形成，而是迅速形成，而是10181018迅速形成。迅速形成。n 这些突变易引起：型、芯开裂和砂粒裂开，导这些突变易引起：型、芯开裂和砂粒裂开，导致铸件粘砂或铸件外表粗糙。致铸件粘砂或铸件外表粗糙。西安工业大学西安工业大学n n n防止措施：参加防止措施：参加4%4%高龄土粘土形式的铝高龄土粘土形式的铝( (氧土，氧土，可使上述晶型转化降至最低限度，甚至不发生。可使上述晶型转化降至最低限度，甚至不发生。西安工业大学西安工业大学2-2-5 2-2-5 钠水玻璃钠水玻璃石灰石砂石灰石砂n1 1、优点、优点n 出砂性好，无硅肺病；可就地取材。出砂性好，无硅肺病；可就地取材。n2

47、 2、缺点及防止措施、缺点及防止措施缺点缺点 易粉化易粉化易产生易产生 “缩沉缩沉”、“蚯裂蚯裂”旧砂再生旧砂再生较困难较困难耐高温耐高温和冲刷和冲刷性差性差发气量大发气量大型砂保型砂保存性差存性差西安工业大学西安工业大学n防止措施：防止措施：n 提高紧实度；提高紧实度；n 涂料；涂料； n 砂中掺附加物砂中掺附加物碳素材料防氧化亚铁生碳素材料防氧化亚铁生成数量成数量 ；n 插钉插钉在型壁立面中下部。在型壁立面中下部。西安工业大学西安工业大学设计铸造工艺时应注意做到：设计铸造工艺时应注意做到：8 8条条) ) 1 1浇道尽量采用耐火砖材料；浇道尽量采用耐火砖材料； 2 2内浇道尽量分散，并尽量

48、才用底注法；内浇道尽量分散，并尽量才用底注法； 3 3控制面砂厚度，一般偏薄，多为控制面砂厚度，一般偏薄，多为5050100mm100mm； 4 4注意排气。多排气道，以减少排气阻力；确保背砂注意排气。多排气道，以减少排气阻力；确保背砂透气性；在砂芯中填充炉渣块等干、散块料，并注意砂透气性；在砂芯中填充炉渣块等干、散块料，并注意砂芯排气道与外型排气道相互连通。芯排气道与外型排气道相互连通。 西安工业大学西安工业大学n 5 5在钢水流尽头或钢水交汇处，设置集渣在钢水流尽头或钢水交汇处，设置集渣槽或冒口。槽或冒口。n 6 6控制缩尺。对铸钢件，模型缩尺比使用控制缩尺。对铸钢件，模型缩尺比使用石英砂

49、时大石英砂时大0.50.51.0%1.0%，通常为，通常为0.8 0.8 2.5%2.5%；铸；铸孔为孔为3.5 3.5 4.0%4.0%。这是由于石灰石分解，体积。这是由于石灰石分解，体积收缩，烧结层容让性好，致使铸件收缩阻力小造收缩，烧结层容让性好，致使铸件收缩阻力小造成的。成的。n 7 7反反“缩沉设计。对厚壁铸钢件或铸件缩沉设计。对厚壁铸钢件或铸件的厚壁部位。的厚壁部位。n 8 8钢水加铝脱氧和采取低温浇注。钢水加铝脱氧和采取低温浇注。西安工业大学西安工业大学4 4、芯、型砂配方及性能特点、芯、型砂配方及性能特点 1 1不用粘土用二氧化碳硬化：不用粘土用二氧化碳硬化： 钠水玻璃：钠水玻

50、璃：M=2.2M=2.22.62.6，=1.48=1.481.5g/cm31.5g/cm36 67%7% 砂粒度：砂粒度：20/40(60Q)20/40(60Q)和和40/70(30Q)40/70(30Q)各各46.5 46.5 47%47% 水分：适量。水分：适量。4.54.55.5%5.5% 湿压强度：湿压强度：0.01MPa0.01MPa 湿透气性：湿透气性：500500西安工业大学西安工业大学n 2 2加粘土：加粘土：n 钠水玻璃：钠水玻璃：7 78%8%n 粘土过粘土过200200目：目：2 23%5.53%5.56%6%n 水分：粘土少时：水分：粘土少时：3.43.44.2%4.2

51、%n 粘土多时：粘土多时：6.06.07.0%7.0%n 湿压强度：湿压强度：=0.015=0.0150.03MPa0.03MPan 3 3夏天：加夏天：加0.10.1 0.5%0.5%的工业用碳酸钠作缓的工业用碳酸钠作缓凝剂。凝剂。n 4 4背砂背砂 ：用回用砂，只加适量粘土和水。：用回用砂，只加适量粘土和水。西安工业大学西安工业大学n5 5、造型制芯过程应遵守的五字原那么、造型制芯过程应遵守的五字原那么: :n 1 1“硬硬n 2 2“光光n 3 3“通通n 4 4“干干n 5 5“净净n6 6、应用局限、应用局限n 薄壁铸件和不太厚实铸件以及具有一定深度薄壁铸件和不太厚实铸件以及具有一定

52、深度的铸孔较适宜。的铸孔较适宜。西安工业大学西安工业大学n2-2-6 2-2-6 水泥及水泥砂芯型水泥及水泥砂芯型n 水泥水泥与水混合后可以胶凝、硬化，因与水混合后可以胶凝、硬化，因而可以作为自硬砂的粘结剂。而可以作为自硬砂的粘结剂。n一、硅酸盐水泥砂一、硅酸盐水泥砂又名又名“波特兰水泥或波特兰水泥或“普通水泥砂普通水泥砂n1 1、主要成分：、主要成分： 硅酸盐水泥硅酸盐水泥n 氧化钙氧化钙 626269%69%n 二氧化硅二氧化硅 202024%24%n 三氧化二铝三氧化二铝 4 47%7%n 三氧化二铁三氧化二铁 2 25%5%西安工业大学西安工业大学n2 2、主要矿物组成：、主要矿物组成

53、：n 硅酸三钙硅酸三钙 3CaOSiO3CaOSiO2 2 ( (简写：简写：C C3 3S) 37.5S) 37.560%60%n 硅酸二钙硅酸二钙 2CaOSiO 2CaOSiO 2 2 ( (简写：简写：C C2 2S) 15S) 1537.5%37.5%n 铝酸三钙铝酸三钙 3CaOAl3CaOAl2 2O O3 3 ( (简写：简写： C C3 3A) 7A) 715%15%n 铁铝酸四钙铁铝酸四钙 4CaOAl4CaOAl2 2O O3 3FeFe2 2O O3 3 ( (简写：简写： C C4 4AF) 10AF) 1018%18%西安工业大学西安工业大学n3 3、水泥标号及其含

54、义：、水泥标号及其含义：n 国家标准：国家标准：200200，250250，300300，400400，500500，600600等。等。n 表示：按标准制定的混凝土试样，经表示：按标准制定的混凝土试样，经2828天硬化后到天硬化后到达的抗压强度数值。达的抗压强度数值。n 铸造常用：铸造常用：400#400#水泥。水泥。西安工业大学西安工业大学n4 4、硬化过程：水化反响。、硬化过程：水化反响。n 水泥用水调匀后进行水化反响，生成溶于水水泥用水调匀后进行水化反响，生成溶于水的水化硅酸钙、水化铝酸钙和氢氧化钙。当溶的水化硅酸钙、水化铝酸钙和氢氧化钙。当溶液到达饱和后，水化产物以极细的分散固体颗液到达饱和后，水化产