呋喃樹(shù)脂自硬砂對(duì)球墨鑄鐵鑄件質(zhì)量的影響

1、咲喃樹(shù)脂自硬砂對(duì)球墨鑄鐵鑄件質(zhì)量的影響表1原鐵液化學(xué)成分及球鐵最終成分成分C匚S匚MnP匚SREMgCu原鐵液3.781.210.420.0500.028終成分2.310.440.0520.0200.0200.0560.51(2) 試塊尺寸共有四種：50mm< 50mm< 50mm模數(shù) M=0.83cm), 75mmX 75mm<75mm模數(shù) M=1.25cm), 100mmX 100mrm< 100mm模數(shù) M=1.66cm), 200mmX200mM 200mm模數(shù)M=3.33cm)。每種試塊均同時(shí)制作咲喃樹(shù)脂自硬砂型和粘 土砂干型兩種鑄型，并用同包鐵液澆注。(3)

2、 型砂及造型粘土砂配料成分為：20衢砂，80%回用砂，1.5%陶土，2.5%白泥。咲喃樹(shù)脂 自硬砂用100%回用砂配制，咲喃樹(shù)脂加入量為1.5%,硬化劑對(duì)甲苯磺酸的加入量為樹(shù)脂量的100%沒(méi)有加入新砂以及有意加大樹(shù)脂和硬化劑加入量的 目的是有意提升砂型的含硫量，以便咲喃樹(shù)脂自硬砂對(duì)球鐵質(zhì)量的阻礙更明 顯)，這種砂型的實(shí)測(cè)含硫量為 0. 50%。造型均為手工造型，粘土砂型在澆注前通過(guò)烘干，咲喃樹(shù)脂自硬砂型自行硬化，不烘干。兩種鑄型均不刷涂料，使鑄型表面直截了當(dāng)與鐵液接觸。(4) 凝固時(shí)刻測(cè)量方法在鑄型中部插一根石英管，直低試塊心部，將熱電偶塞入其內(nèi)，使熱電偶焊 點(diǎn)正好處在試塊心部；偶絲的尾端用補(bǔ)

3、償導(dǎo)線與帶長(zhǎng)圖記錄儀的電子電位差 計(jì)連接，用以繪制凝固曲線，然后在凝固曲線上讀取凝固時(shí)刻。4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論:(1)凝固時(shí)刻-各種試塊的測(cè)量結(jié)果列于表1 ,并用對(duì)數(shù)坐標(biāo)繪成曲線。由表 1能夠看出：各種尺寸的試塊在自硬砂鑄型中的凝固時(shí)刻均比在粘土砂干型 中的凝固時(shí)刻長(zhǎng)，而且隨著試塊尺寸增大差別逐步增大，隨著試塊尺寸變小 差別減小。這一結(jié)果講明自硬砂的散熱速度比粘土砂緩慢。在對(duì)數(shù)坐標(biāo)上， 各數(shù)據(jù)點(diǎn)幾乎呈直線分布，偏離度甚小。因此，能夠?qū)⑶€外延來(lái)估量模數(shù) 更大或更小的鑄件的凝固時(shí)刻。試塊尺寸(mm)50X 50X 5075X 75X 75100X 100X 100200X 200X 200模數(shù)M(

4、cm)0.831.251.663.33呋喃自硬砂型鑄造凝固時(shí)刻(min)3.38.915.872.8粘土砂干型鑄造凝固時(shí)刻(min)2.86.912.552(2)顯微組織-對(duì) 100mM 100mm< 1OOmn和 200mm< 200mm< 200mn兩種試塊取樣進(jìn)行了顯微組織檢查。結(jié)果如下: 100mm方塊顯微組織-見(jiàn)表2.表3.能夠看出，粘土砂試塊表面和心部 球化都正常；自硬砂試塊底面有厚度 0.5m m的不球化層，講明球化已受到阻 礙，但不算嚴(yán)峻。表2 .粘土砂干型試塊顯微組織(100mm方塊)取樣部位球化率(級(jí))石墨大小(號(hào))球光體量(%)磷共晶+碳化物(%)鐵素體

5、(%)底面邊角228085少量余量心部337080少量余量底部中心227585少量余量表3.咲喃樹(shù)脂自硬砂試塊顯微組織（100mm方塊）取樣部位球化率（級(jí)）石墨大?。ㄌ?hào)）講明底面邊角3底面中心底面表層（深約0.5mm）為細(xì)片狀石墨，最表層肌體為珠光體，接著是鐵素 體，然后進(jìn)入正常區(qū)（球化率3級(jí)，珠光體量約50%，磷共晶和碳化物少量， 其余為鐵素體）。側(cè)面未發(fā)覺(jué)不球化面。心部33球化良好，珠光體60%70% ，磷共晶+碳化物少量，余為鐵素體。底面中心3底面中心底面表層（深約0.5mm）為細(xì)片狀石墨，基體為珠光體，接著是一層鐵素體， 然后進(jìn)入正常區(qū)（球化率3級(jí)，珠光體75%，少量磷共晶和碳化物，余

6、為鐵 素體）。 200mm方塊顯微組織-見(jiàn)表4.表5.能夠看出，粘土砂試塊表面和心部 球化都正常；自硬砂試塊底面有厚度為 5mmt勺夾渣層，石墨全部不球化；緊 接著是厚度0.5mm的過(guò)渡層，石墨呈蠕蟲(chóng)狀+少量球狀，然后是正常球化區(qū)。 這一情形講明，隨著試塊尺寸增大，凝固時(shí)刻延長(zhǎng)，鐵液浸泡鑄型時(shí)刻延長(zhǎng), 型砂中的硫已滲入鑄件表層，因而使球化受到破環(huán)。表4 .粘土砂干型試塊顯微組織 （200mm方塊）取樣部位球化率（級(jí)）石墨大小（號(hào)）講明底面邊角22球光體量約75%，磷共晶和碳化物少量，余為鐵素體。石墨呈球狀，無(wú) 球化不良跡象。心部34珠光體量80%，（磷共晶+碳化物）1%，余為鐵素體。無(wú)球化不良

7、跡象。表5.咲喃樹(shù)脂自硬砂型試塊顯微組織（200mm）取樣部位講明底面邊角表面約5mm 為夾渣層，夾渣的鄰近區(qū)石墨呈片狀，珠光體量約30%，余為鐵素體-約0.5mm 深的半球化層（石墨呈蠕蟲(chóng)狀+個(gè)別球狀，珠光體約 5%，余為鐵素體）-正常球化區(qū)，球化量2-3級(jí)，石墨 大小2級(jí)，珠光體85%，磷共晶和碳化物少量，余為鐵素體。心部球化量3-4級(jí)，石墨大小3-4級(jí)，珠光體85%，（磷共晶+碳化物）1%，余為鐵素體。無(wú)球化不良跡 象。 表面加渣檢查-將100mn和200mn兩組方塊垂直剖開(kāi)，在剖面上做硫印 檢查夾渣情形，結(jié)果100mn組的兩種試塊都沒(méi)有發(fā)覺(jué)夾渣；但 200mn組的兩 種試塊均發(fā)覺(jué)有比較

8、明顯的夾渣，如圖 4所示。其中粘土砂干型試塊底面和 側(cè)面均無(wú)夾渣，僅其頂面有分布不平均的夾渣， 薄處2-3mm最深處約為5mm 這些夾渣明顯是鐵液本身所含硫化物形成，在試塊凝固前上浮至頂面所致。咲喃樹(shù)脂砂試塊的頂面、底面和側(cè)面下部均有明顯夾渣層。其中頂面的夾渣 也是鐵液本身所含硫化物形成，夾渣層厚度較平均，均為2-3mm可能是由于鑄件冷卻速度較慢，渣子有充分時(shí)刻上浮的緣故。底面和側(cè)面下部的渣層 又濃又黑，講明其含硫量專門高，從其部位來(lái)看，明顯是由于表層型砂向鑄 件滲硫所致。由于底面和側(cè)面下部被鐵液浸泡的時(shí)刻較長(zhǎng)，因此在這些部位 容易發(fā)生滲硫；其它部位被鐵液浸泡的時(shí)刻較短，因此沒(méi)有發(fā)生滲硫；同樣

9、 道理，尺寸較小的石塊由于凝固時(shí)刻較短，鐵液浸泡時(shí)刻也較短，因此沒(méi)有 發(fā)生滲硫，也就可不能引起滲硫夾渣。上述結(jié)果表明，咲喃樹(shù)脂砂對(duì)球墨鑄件的表層組織可能會(huì)有不良阻礙，要緊 是引起表層夾渣和球化不良，但這種阻礙一樣只限于厚大件，對(duì)薄、小件阻 礙較小或者沒(méi)有阻礙。在本試驗(yàn)中，為了使咲喃樹(shù)脂砂的不良阻礙更明顯， 所采納的舊砂配加量、樹(shù)脂和硬化劑加入量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)實(shí)際生產(chǎn)使用的加入 量，因而型砂的含硫量高達(dá)0.5%，而且鑄型表面沒(méi)有刷涂料，使鐵液直截了當(dāng)與型砂接觸，如果按照實(shí)際生產(chǎn)所采納的配方（加入一定數(shù)量的新砂，樹(shù)脂加入量1.0%左右，硬化劑加入量為樹(shù)脂量的 40%-50%型砂的含硫量將大 幅度降低，

10、加上鑄型表面刷涂料（最好是致密度較高的涂料，如鋯英粉涂料）， 其不良阻礙將會(huì)明顯縮小，或者能夠完全幸免。圖4如伽m方塊的婆苗和握凹情觀 縮孔、縮松情形-此次試驗(yàn)沒(méi)有專門對(duì)此項(xiàng)目進(jìn)行深入研究，但在各組試塊解剖（包括力學(xué)性能取樣）過(guò)程中，也順便檢查有否縮孔和縮松缺陷，結(jié) 果是？lt;1 所有試塊均未發(fā)覺(jué)內(nèi)部縮孔，縮松；2尺寸較小的石塊均為發(fā) 覺(jué)表面縮凹，但在200mn組兩種試塊的頂面均有表面縮凹；其中粘土砂試塊 的縮凹深度約為5mm自硬砂試塊的縮凹深度較小， 只有3mn左右，縮凹面積 也比粘土砂試塊?。▍⒖磮D4）。對(duì)此情形作如下解析：小試塊由于液態(tài)收縮 量相對(duì)較小，所需補(bǔ)縮鐵液能夠由澆注系統(tǒng)供給，

11、所有沒(méi)有發(fā)生縮凹；200mm大試塊的液態(tài)收縮量要大得多，凝固時(shí)刻也長(zhǎng)得多，當(dāng)其液態(tài)收縮尚未完成 時(shí)，澆注系統(tǒng)已先凝固，停止供給鐵液，因此發(fā)生縮凹。至于為何自硬砂試 塊縮凹比粘土砂試塊小，能夠引用 S.LKarsay提出的球鐵冷卻和凝固過(guò)程體 積變化模式示意圖（見(jiàn)圖五）進(jìn)行講明：高溫的鐵液澆注入鑄型后，第一發(fā)生 液態(tài)收縮，體積持續(xù)減少，當(dāng)溫度降低到一定值后，由收縮變?yōu)榕蛎?；接?凝固終點(diǎn)時(shí)，體積變化又轉(zhuǎn)為收縮 （二次收縮 ） ，然后凝固。按照冷卻速度、 化學(xué)成分和工藝條件的不同， 體積變化的模式可分為 A（液態(tài)收縮、膨脹和二 次收縮都較?。〣（液態(tài)收縮、膨脹和二次收縮都略為增大）和C（液態(tài)收縮、

12、膨 脹） 三種類型。冷卻速度減緩與通過(guò)調(diào)整化學(xué)成分或工藝調(diào)整一樣能夠增大 石墨化傾向，有利于使體積變化模式按 C-B-A方向變化，亦即使液態(tài)收縮， 其后的膨脹以及二次收縮變小，因而能夠減少收縮和縮凹傾向。平田繼郎等 人的研究認(rèn)為：由于鑄件在呋喃樹(shù)脂砂型內(nèi)凝固時(shí)刻較長(zhǎng)，因此適合于無(wú)冒 口鑄造的鑄件最小模數(shù)為2.0cm，比粘土砂型無(wú)冒口鑄造要求的最小模數(shù) （2.5cm） 小?；蛘咧v：呋喃樹(shù)脂砂更適合于小規(guī)模鑄件無(wú)冒口鑄造。至于上 文所提到的三家工廠采納平澆豎冷或斜冷時(shí)遇到的鑄件外形漲大、內(nèi)部縮松 和性能降低咨詢題，可能一方面是這三家廠的鑄件差不多上比較厚大的鑄件 （厚度為70mm-150mm,量4

13、00kg-2800kg），鐵液壓力較大，浸泡鑄型時(shí)刻也 較長(zhǎng)；另一方面，由于咲喃樹(shù)脂在 500 C左右發(fā)熱分解，使型砂強(qiáng)度急劇降 低，如果澆注后鑄型保持靜止不動(dòng)，型腔表層尚可不能潰散，也就可不能引 起鑄件漲大而導(dǎo)致縮松；如果澆注后翻動(dòng)鑄型，就有可能引起型腔表層潰散 而引起鑄件外形漲大，導(dǎo)致內(nèi)部縮松和性能下降，至于中、小鑄件澆注后是 否能夠平移鑄型 （ 例如在流水線上澆注 ） ，可能與鑄件厚、薄 （ 凝固速度快、 慢） 和移動(dòng)時(shí)受力大小有關(guān)，尚有待做進(jìn)一步研究，但最好是幸免受到強(qiáng)烈 沖擊，還應(yīng)指出，由于自硬砂散熱速度緩慢，不管是大型件依舊中、小件， 在散熱困難的熱節(jié)部位，應(yīng)注意采納適當(dāng)措施 （如

14、安放冷鐵 ）強(qiáng)化鑄件表層冷 卻，使熱節(jié)表層盡快凝固結(jié)殼，防止其外形漲大引起縮松。模式(示意圖)鑄型材料取樣部位抗拉強(qiáng)度/MPa伸長(zhǎng)率%備注呋喃樹(shù)脂砂棱邊6527.8斷口無(wú)缺陷呋喃樹(shù)脂砂心部6103.6斷口無(wú)缺陷黏土砂干型棱邊6708.6斷口無(wú)缺陷黏土砂干型心部5603.2斷口無(wú)缺陷圖5灰鑄鐵和球鐵液態(tài)冷卻和凝固過(guò)程圖6力學(xué)性能取樣部位的體積變化 鑄態(tài)力學(xué)性能-考慮到鑄型材料的差別對(duì)薄小件的阻礙可能不明顯，僅 對(duì)尺寸最大的200mnffl試塊作檢查，取樣部位見(jiàn)圖 6，結(jié)果如表6所示。由 于表面不正常組織深度專門淺，沒(méi)有進(jìn)入拉力試棒斷口，心部組織亦未受到 阻礙，故從表6的數(shù)據(jù)看不出咲喃樹(shù)脂砂型對(duì)力

15、學(xué)性能有不良阻礙。5.結(jié)論按照試驗(yàn)結(jié)果，能夠作出如下結(jié)論:(1) 球鐵鑄件在咲喃樹(shù)脂自硬砂中的凝固速度明顯比在粘土砂干型中的凝固 速度緩慢，因此，用自硬砂生產(chǎn)薄壁球鐵件有利于防止?jié)膊蛔愫捅砻姘卓冢欣诟纳萍庸ば阅埽?2) 自硬砂含硫量高時(shí)，鑄型可能會(huì)向鑄件 (特鐵是厚大件 ) 表層(專門是底面 和側(cè)面下部 ) 滲硫，因而會(huì)在鑄件表層形成硫化物夾渣層，而且對(duì)鑄件表層 球化有一定的破壞作用。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)通過(guò)操縱回用砂配加量和減少樹(shù) 脂和硬化劑加入量來(lái)盡量降低型砂的含硫量，鑄型表面涂刷致密度高的涂 料，防止鑄型向鑄件表層滲硫；(3) 在本試驗(yàn)所采納最大的試塊中，尚未發(fā)覺(jué)由于自硬砂冷卻速度慢而引起 鑄件心部球化衰退而且由于鑄型在澆注后保持靜止不動(dòng)，未曾發(fā)