铸铁件用新型硅酸盐无机粘结剂砂性能的研究

作     者：肖惠康 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：殷亚军;计效园

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：硅酸盐粘结剂砂 原砂 促进剂 常温性能 残留强度 

摘      要：为解决铸造用树脂砂工艺的环境污染问题,近年来铸造市场上出现了一类经改性的新型硅酸盐粘结剂,其已取代树脂粘结剂成功应用于铸铝件的批量生产,行业也期盼其能用于铸铁件的生产。为此,本研究以应用于铸铁件的生产为目的,以此类粘结材料为对象,系统研究了新型硅酸盐无机粘结剂砂的性能,主要完成了以下工作:(1)对照铸铁件用树脂砂相关性能指标,对现有三种无机粘结剂进行了筛选研究。结果表明以硅砂为原砂的双组分热硬无机粘结剂砂综合性能指标最优,基本达到相应指标;并发现以陶瓷砂为原砂时,三种粘结剂砂的温度-残留强度曲线相似于传统以硅砂为原砂的钠水玻璃砂“双峰曲线。(2)采用单因素和正交实验的方法,系统研究了粘结剂组分及其加入量、原砂种类及其粒度和硬化工艺等工艺参数对双组分热硬无机粘结剂砂性能的影响,获得其最佳性能的工艺窗口。其中,粘结剂加入量2.4%,促硬剂占粘结剂的50%,采用50/100号原砂,陶瓷砂和硅砂的型(芯)砂均有较好的常温性能,起模强度≥1.4MPa,24h强度≥2.5MPa,98%RH强度≥2MPa;而残留强度差异较大,硅砂型(芯)砂800℃残留强度为0.13 MPa,陶瓷砂型(芯)砂800℃残留强度过高,达到3.98 MPa。(3)为降低陶瓷砂型(芯)砂残留强度,通过正交实验探索了促进剂种类对型(芯)砂残留强度的影响,在此基础上继续降低粘结剂加入量优化其性能。结果表明,加入2%的粘结剂,促进剂以0.3%微硅粉、0.5%氧化铝、0.2%氮化硅及0.3%氧化钛配成时,陶瓷砂试样起模强度为1.63MPa,24h强度为4.32MPa,98%RH强度为2.56MPa,800℃残留强度为1.91MPa;当其他条件及工艺不变时,将粘结剂加入量降至1%,其常温性能均达标,而残留强度进一步降低到1 MPa,接近铸铁件用树脂砂的水平。(4)采用优化的新型热硬硅酸盐无机粘结剂+硅砂工艺制备出砂芯,成功浇注出铸铁件,试验各环节均无有刺激性气体产生,型(芯)砂环保性和溃散性良好。