呋喃树脂砂铸件常见缺陷及防止措施

呋喃树脂砂铸件常见缺陷及防止措施季文华作者简介：季文华(1932-),男，1955年浙江大学机械制造专业毕业，曾在哈尔滨汽轮机厂，上海汽轮机厂，杭州齿轮箱厂从事铸造技术工作,1993年退休。摘要：呋喃树脂砂铸件质量一般比黏土砂铸件好，但如果原材料选择、工艺设计、造型和制芯操作不当，也会产生气孔、粘砂、脉纹、裂纹、夹渣、硬度不足、渗碳、渗硫和球化不良等铸造缺陷。对这些缺陷的产生原因进行了分析，并提出了相应的防止措施。关键词：呋喃树脂砂；缺陷；防止措施呋喃树脂砂铸件质量好，废品率低，但若在原辅材料选用、工艺设计、造型(芯)操作、生产管理等方面控制不当，铸件也会产生不少缺陷，甚至成批报废。本文根据笔者经验并参阅有关资料，谈谈呋喃树脂砂铸件常见缺陷及其防止措施。1气孔与针孔呋喃树脂砂透气性很好，但比各种无机类铸型的发气量高，综合看来较易发生气体类缺陷。气体来源有以下几方面：目前国外先进指标树脂加入量(质量分数)为0.6%〜0.8%，国内为0.8%〜1.0%，但也有不少厂家树脂和固化剂加的很多，树脂w(N)量过高，加上型(芯)未完全硬化即行浇注等因素，使发气量增大，引起气孔类缺陷。原砂粒度偏细，透气性降低(要求粒度是30/70，原砂水分的质量分数低于0.2%)。涂料质量不良或干燥不充分，使砂型(芯)残留水分较高。旧砂再生不良，使系统中砂的灼减量失控,微粉含量超标，造成发气量增大，透气性降低。浇注时铸型(芯)尚未充分硬化。工艺设计不当。如浇注系统设计不良，浇注速度慢，压头过低，砂芯出气方案不当等。操作不当引起。如造型(芯)时未考虑砂芯排气，合型时未将砂芯出气道与砂型排气孔连通，或出气口未封好，浇注时铁液钻入，上涂料时局部堆积严重，以致干燥不充分，芯头被涂料封死，影响砂芯排气，浇注速度过慢或断流，使浇注系统未被金属充满。防止措施：树脂和固化剂加入量要附合标准，要选用糠醇含量高，尿素含量少的低N树脂。根据季节不同，选用合适的固化剂品种，千方百计降低粘结剂加入量。充分硬化后，合型浇注，尤其是旧砂再生回用条件下，铸钢件树脂w(N)控制在1%以下，铸铁件也应控制在2%以下。在混砂前的树脂中加入占树脂质量2%〜0.3%的硅烷，可有效地提高粘结强度，从而降低树脂用量。使用浓度较低的挥发性涂料，点火干燥后，铸型中有残留醇分的危险。总之涂料的浓度调整到“30”波美以上。另外，挥发性涂料溶剂中可能有变质酒精或含水分较高的酒精，点火干燥不彻底，使铸型内有残留水分，这是产生气孔的重要原因，故要求涂料中溶剂含水分不大于5%。除了应注意涂料的溶剂质量外，合箱前还应对铸型进行喷火干燥处理。造型后硬化所需时间随气温、湿度、固化剂加入量、固化剂种类等因素的不同而变化，一般要经过十几个小时以后才能反应完全，未反应完全的铸型发气量较高，在冬季尤其应注意砂芯最好能做到隔天使用，外型也起码应保持6〜8h以上再浇注，起模时间最好不少于20min，硬化后也不宜久放，否则起模困难。有机再生砂的灼减量与铸型的发气量成正比，与气体缺陷有密切关系，铸铁的灼减量应低于3%，而微粉含量应控制0.8%以下。另外卜，尽量降低砂铁比“S/M-,为此，对批量重复生产的铸件可采用专用砂箱，减少吃砂量，或采用钢板焊制各种形状中空箱框或隔板，安放在砂箱转角或代替型砂充填在箱内，也可在距型腔一定距离处埋入旧砂块或泡沫塑料块等，一般将“S/M”比控制在3以下为宜。浇注时应掌握好速度，决不能中途断流，浇注开始后还应点火引气等。造型工艺要注意下列情况：树脂砂的宏观透气性很好，但浇注时有机物发气速度较快，只靠分散出气还来不及，为及时排除型腔气体要适当增加上型出气，在上型的大平面及凸起部位，应设置出气孔(可在合箱前用电钻钻出，或在造型前在木模上放好出气销，(扁形规格80mmx10mm，80mmx8mm，圆形规格p20mm)。同时，设计浇注系统要注意直、横、内浇道的封闭性，注意直浇道的形状，防止金属液发生紊流，将空气卷入，使呋喃树脂燃烧产生更多气体，通常选用F直:F横:F内=1.5:1.25:1的封闭浇注系统为宜。原则上采用底注较为安全合理。浇注系统要认真上好涂料，假如直浇道较深，以陶瓷管来代替。2机械粘砂原砂粒度较粗，分布过于集中，造成砂粒间隙大，金属液容易渗入砂型中去，呈“铁夹砂”状态的机械粘砂。涂料层不良引起。涂料的波美浓度要大于“30”。受热严酷的厚大部位，可采用双层涂料,底层涂料有一定渗透深度，面层涂料建立一定涂层厚度。对于铸铁而言，石墨涂料仍不失为防粘砂性能优秀的涂料，但为了提高热冲击的抵抗力，骨料中最好配入20%以上的锆英粉。型(芯)的紧实度不够，使型(芯)表面疏松，稳定性差，对机械粘砂的抵抗力差。新砂的比例高时，抗粘砂能力较再生砂差。影响砂型表面稳定性的其他因素，如使用了超过使用时间的型砂，砂温过高等，均降低了抵抗机械粘砂的能力。3脉纹由于石英砂的SiO2含量高，其膨胀系数较高，新砂的热膨胀系数和涂料热膨胀系数低不一样，浇注受热时，砂型的热膨胀将涂层“拉裂”导致铁液钻入砂中与砂凝固在一起，形成脉状条纹缺陷，并常伴有机械粘砂，脉纹较易铲除，克服办法是旧砂再生回用比例高一些，使膨胀系数降低，使型砂热膨胀系数接近涂料层。4!裂纹呋喃树脂砂型铸件的热裂倾向比水玻璃砂和粘土砂型的铸件大，这可能是由于树脂砂型刚性好,热膨胀系数大，加上铸件冷却速度慢等因素造成的。铸钢件发生热裂倾向更严重。结构复杂、壁厚差大的铸件以及收缩阻力较大的部位，出现裂纹的可能性较大。另外，使用磺酸类固化剂，能引起表面渗硫，在铸件表面引起微裂纹成为龟裂的特点。防止办法:提高型(芯)退让性，如在型砂中添加2%〜3%的木粉等溃散剂。造型(芯)时，背砂中埋入发泡聚苯乙烯块，尽量减薄型(芯)的吃砂量，做空心芯等。在易发生裂纹的部位用锆砂和铬铁矿砂代替硅砂，可明显减轻裂纹，这是因为这二种材料热膨胀系数低。改变浇注系统，使铸件达到同时凝固。在允许条件下，对铸件结构作合理修改。适当降低浇注温度，对减少裂纹有明显效果。在易发生裂纹处设置防裂筋。特殊情况下，以磷酸代替硫酸类固化剂。合理使用冷铁和其他激冷措施。5夹渣主要是金属液与粘结剂反应生成的渣，以及因浇注时间长型(芯)顶被高温金属液烤坏产生的结疤。前者多发生在开始流入型内的那部分前期铁液中，并常伴有气孔缺陷，后者则常发生在型腔上部和上侧面。防止措施：在设计浇注系统时，按照“快、稳、封闭、底注保证压头，处理铁液”的原则，并在有条件的铸件顶面设置溢流冒口，将浇注中的冷、脏铁液导入溢流冒口中，并使其溢出。使用强度高、耐热性好、发气性低的涂料。大平面的平板铸件浇注时最好采用倾斜浇注，并在浇口杯对面设置适当数量的溢流冒口，可有效地防止大平面上出现夹渣缺陷。6硬度不足呋喃树脂砂铸型导热性差，金属液冷却凝固速度慢，会导致锛件硬度偏低。需要注意的是树脂砂铸件表层(3mm)硬度比内部低10〜15HB，所以在测定硬度时，需除去表层(>3mm)后才能测出正确的硬度值。防止措施：适当降低铁液的CE值，以防止铁素体的产生。添加少量稳定珠光体元素，如：Cr、Cu。提高铸件冷却速度，如采用合适的冷铁和使用碲粉涂料等。适当降低浇注温度。适当提早开箱时间。7渗碳、渗硫与球化不良在低碳钢及低碳不锈钢中，会出现铸件表面层的渗碳现象，渗碳层可达2〜3mm深，用磺酸类固化剂时，在铸钢、不锈钢或球铁表面可有1〜2mm的渗硫层,造成球化不良或性能恶化。防止措施：解决渗碳问题的办法是在铸型涂料中添加适量的氧化铁等合适的氧化剂，或用铬铁矿砂型，上双层涂料，可减少渗碳层深度。为防止渗硫，已经开发多种含强力脱硫剂的特种涂料，对于球墨铸铁，还应适当增加一些球化剂用量。8铸铁尺寸精度超差树脂砂铸型能提高铸件尺寸精度，但实际生产中因铸件尺寸超差而报废的情况还时有发生，原因有以下几种情况：模型或工装的变形。一般来说，树脂砂用模型采用木模即可，而木模若干燥不够时，常随温度变化而变形。将粘土砂模型或工装转移到树脂砂用时，芯头间隙、分型负数等没有缩小。收缩量未作适当调整，浇注时出现漂芯、跑火等情况，都会影响铸件尺寸精度。树脂砂的收缩率应该为多少，要根据实测确定。同时要注意外型与型芯的区别，各部位阻力大小的区别，应仔细进行对照试验，好在这种铸型对于同一尺寸的重现性很好，也不难掌握其收缩规律。造型及铸型装配操作不当，模型定位松动等都会引起尺寸误差。对于要求很高的尺寸，甚至涂料层厚度都会影响精度。第十三章：干燥通过本章的学习，应熟练掌握表示湿空气性质的参数，正确应用空气的H-I图确定空气的状态点及其性质参数；熟练应用物料衡算及热量衡算解决干燥过程中的计算问题；了解干燥过程的平衡关系和速率特征及干燥时间的计算；了解干燥器的类型及强化干燥操作的基本方法。二、 本章思考题I、 工业上常用的去湿方法有哪几种？态参数？II、 当湿空气的总压变化时，湿空气H-图上的各线将如何变化？在t、H相同的条件下，提高压力对干燥操作是否有利？为什么？12、 作为干燥介质的湿空气为什么要先经预热后再送入干燥器？13、 采用一定湿度的热空气干燥湿物料，被除去的水分是结合水还是非结合水？为什么？14、 干燥过程分哪几种阶段？它们有什么特征？15、 什么叫临界含水量和平衡含水量？16、 干燥时间包括几个部分？怎样计算？17、 干燥哪一类物料用部分废气循环？废气的作用是什么？18、 影响干燥操作的主要因素是什么？调节、控制时应注意哪些问题？三、 例题例题13-1：已知湿空气的总压为101.3kN/m2，相对湿度为50%，干球温度为20oC。试用I-H图求解：(a)水蒸汽分压p；(b)湿度H；（c） 热焓I；（d） 露点td;（e） 湿球温度tw；⑴如将含500kg/h干空气的湿空气预热至117oC,求所需热量Q。解：由已知条件：P=101.3kN/m2,中0=50%,t0=20oC在I-H图上定出湿空气的状态点A点。（a）水蒸汽分压p过预热器气所获得的热量为2'=h-k=躅翘=9每小时含500kg干空气的湿空气通过预热所获得的热量为2=500g'-500*99=49500^=13.&先将例题13-2:在一连续干燥器中干燥盐类结晶，每小时处理湿物料为1000kg，经干燥后物料的含水量由40%减至5%（均为湿基），以热空气为干燥介质，初始湿度H1为0.009kg水-kg-1绝干气，离开干燥器时湿度H2为0.039kg水・kg-1绝干气，假定干燥过程中无物料损失，试求：（1） 水分蒸发是qm,W（kg水・h-1）；（2） 空气消耗qm,L（kg绝干气・h-1）；原湿空气消耗量qm,L,（kg原空气・h-1）；

(3)干燥产品量qm,G2(kg*h-i)o解：qmG1=1000kg/h,w1=40°C,w2=5%H1=0.009,H2=0.0