烘干硬化水玻璃砂的机理与特点是什么？

烘干硬化水玻璃砂工艺起源于19世纪中叶,是最古老的水玻璃型砂工艺,其硬化机理是水玻璃失水胶凝,其过程是:通过加热去除水玻璃中的水分,使水玻璃逐步从稀溶液转化为粘稠液体→膏状体→凝胶→失水凝胶。加热到180～200℃的失水水玻璃凝胶比硅溶胶生成的硅酸凝胶更致密,具有较高的连接强度,其强度比CO₂硬化砂高10倍左右。烘干硬化砂水玻璃加入量可降低到2%～3%,因而溃散性有显著改善。

烘干硬化水玻璃砂最大优点是强度高,水分低,铸件不易产生砂眼、气孔缺陷。图4-24所示为水玻璃砂(水玻璃加入量为3.5%,水玻璃模数M=2.5)在不同加热温度下的强度。从图中可看出,在120～200℃的加热条件下加热水玻璃砂的抗压强度高达6MPa。

烘干硬化水玻璃砂的最大缺点是砂型(芯)吸湿性太强,可能因吸湿而完全失去强度。但这一缺点也具有两重性,如对于某些特定产品,砂型(芯)烘干后,在可控条件下浇注,浇注后在潮湿环境下能自溃,旧砂再次加水后加以利用,可实现良性循环。图4-25所示为微波烘干硬化试样抗拉强度与存放时间和湿度的关系。

图4-24 水玻璃砂烘干硬化的抗压强度(www.xing528.com)

图4-25 水玻璃砂微波烘干硬化试样抗拉强度与存放时间和湿度的关系(水玻璃模数M=2.88)

此外,烘干硬化水玻璃砂在没有胶凝前的初期,强度很低,不能脱模、搬运。模具需要随炉加热硬化后起模,需要加热设备,硬化时间相对较长。传统烘干硬化水玻璃砂工艺与传统CO₂吹气硬化工艺一样,采用加粉状料,具有湿强度的型砂。其产生的负面效应也与传统CO₂吹气硬化工艺相似。