采用硅砂树脂砂,其生产的铸件表面往往会发生粘砂,甚至严重粘砂。对粘砂层进行热磁与X射线光谱分析表明,树脂砂的粘砂以机械粘砂为主,即金属或其氧化物渗入型砂颗粒间的空隙。它的形成主要与树脂砂的热稳定性即粘结剂的热解有关。在高温下树脂热解,高温强度降低,砂粒间联结桥被破坏,在高温金属液静压力作用下砂粒可发生移动,导致孔隙扩大,由金属液渗入砂型(芯)微孔而形成粘砂。
图4-10 树脂砂与金属液相互作用示意图
a)金属液与树脂开始接触 b)加热温度700~800℃ c)加热温度1200~1400℃
图4-10所示为树脂砂与金属液相互作用的示意图。在200~700℃,树脂粘结剂聚合物炭化过程发生并完成,例如,自硬酚醛树脂的炭化是在700~800℃完成的,其他类型树脂的炭化过程也很近似。在这种情况下形成的焦炭是半焦炭,因为它的结构不是完全有序的,其中仍含有大量的H和O原子。这时使用的树脂如果是热稳定性高的树脂(图4-10b左边,焦炭承受压力420kPa),其形成焦炭的数量和强度足以抵抗金属液在t0(代表处于液态的金属直接接触砂型的持续时间)时的压力;如果使用的是热稳定性低的树脂(图4-10b右边,焦炭承受压力60kPa),则形成的焦炭数量少,强度低,有的砂粒在700℃已可自由移动,因而金属液开始渗入。(www.xing528.com)
在1200~1400℃,热稳定性高的树脂发生析氧、析氢和焦炭部分氧化的过程,但按动态热重力分析数据,氧化速度不大,其焦炭结构完全破坏是在铸件表面结成硬壳以后,因而不会产生机械粘砂(图4-10c左边);而热稳定性低的树脂到此温度,焦炭完全破坏,且金属液自由地渗入型砂,因而产生严重粘砂(图4-10c右边)。
树脂砂的热稳定性,对于壁厚不大的铸钢件非常重要,它与t0密切相关。对于大型铸件,t0值很大,热稳定性就不那么重要,此时金属液渗入情况要取决于树脂砂的松弛特性。
随着自硬树脂砂型(芯)的使用,对铸造涂料的质量及功能要求日益提高,即在满足树脂砂铸件防(机械)粘砂要求的同时,还应具有防止铸件产生气孔、渗硫、增碳等功能。
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