无机化学粘结剂砂型化学硬化砂(PPT69张)课件.ppt

1、西安工业大学西安工业大学2-2 2-2 无机化学粘结剂砂型（芯）无机化学粘结剂砂型（芯）化学硬化砂化学硬化砂n1 1、无机化学粘结剂的种类、无机化学粘结剂的种类n n 钠水玻璃钠水玻璃最广泛最广泛n 水泥水泥其次其次n 磷酸盐聚合物磷酸盐聚合物近年新近年新开发开发分类分类钠水钠水玻璃玻璃水水泥泥磷酸盐磷酸盐聚合物聚合物西安工业大学西安工业大学n2 2、化学硬化砂的优点、化学硬化砂的优点(5(5方面）方面）n1 1）砂流动性好，易紧实，故造型劳力强度低。）砂流动性好，易紧实，故造型劳力强度低。 2 2）可简化造型工艺）可简化造型工艺缩短生产周期，提高生产率。缩短生产周期，提高生产率。 3 3）提

2、高铸件质量）提高铸件质量减少缺陷。减少缺陷。 4 4）型芯尺寸精度高，可在型硬化后起模。）型芯尺寸精度高，可在型硬化后起模。n5 5）取消或缩短烘烤时间，降低能耗，工作环境和工作）取消或缩短烘烤时间，降低能耗，工作环境和工作条件改善。条件改善。n3 3、钠水玻璃砂的硬化方法、钠水玻璃砂的硬化方法n 1 1）二氧化碳法）二氧化碳法n 2 2）自硬法（粉状硬化剂或液态硬化剂）自硬法（粉状硬化剂或液态硬化剂）n 3 3）加热硬化法）加热硬化法西安工业大学西安工业大学n4.缺点：缺点：缺点溃散性差保存性差强度局限性再生性差西安工业大学西安工业大学n5 5、应用的局限性及发展方向、应用的局限性及发展方向

3、n 对某些铸件，硬化后强度还不够理想对某些铸件，硬化后强度还不够理想, ,应用应用受限，但从环保，成本，材料来源方面占优势。受限，但从环保，成本，材料来源方面占优势。西安工业大学西安工业大学n2-2-1 2-2-1 钠水玻璃及钠水玻璃砂的硬化机理钠水玻璃及钠水玻璃砂的硬化机理n一、钠水玻璃及其质量要求一、钠水玻璃及其质量要求n水玻璃水玻璃各种聚硅酸盐水溶液的通称。各种聚硅酸盐水溶液的通称。n种类：钠水玻璃种类：钠水玻璃n 钾水玻璃钾水玻璃 n 季铵盐水玻璃的水溶液季铵盐水玻璃的水溶液n钠水玻璃的化学式钠水玻璃的化学式NaNa2 2O OmSiOmSiO2 2nHnH2 2O On成分成分根据氧

4、化钠与二氧化硅之比和结晶水的分子数根据氧化钠与二氧化硅之比和结晶水的分子数分为：分为：n 原硅酸钠（原硅酸钠（NaNa4 4SiOSiO4 4）n 一水原硅酸钠一水原硅酸钠(Na(Na3 3HSiOHSiO4 41H1H2 2O)O) 二水原硅酸钠二水原硅酸钠(Na(Na3 3HSiOHSiO4 42H2H2 2O)O) 五水原硅酸钠五水原硅酸钠(Na(Na3 3HSiOHSiO4 45H5H2 2O)O)西安工业大学西安工业大学n 偏硅酸钠（偏硅酸钠（NaNa2 2SiOSiO3 3）n 一水偏硅酸钠一水偏硅酸钠 (Na(Na2 2HSiOHSiO3 31H1H2 2O)O)n 五水偏硅酸钠

5、五水偏硅酸钠(Na(Na2 2HSiOHSiO3 35 5H H2 2O)O)n 六水偏硅酸钠六水偏硅酸钠 (Na(Na2 2HSiOHSiO3 36H6H2 2O)O)n 八水偏硅酸钠八水偏硅酸钠 (Na(Na2 2HSiOHSiO3 38H8H2 2O)O)n 九水偏硅酸钠九水偏硅酸钠 (Na(Na2 2HSiOHSiO3 39H9H2 2O)O) 二硅酸钠二硅酸钠(Na(Na2 2SiSi2 2O O5 5) ) 四硅酸钠水合物四硅酸钠水合物(Na(Na6 6SiSi1313O O292911H11H2 2O)O) 焦磷酸钠焦磷酸钠(Na(Na6 6SiSi2 2O O7 7) )西安工

6、业大学西安工业大学n存在问题：存在问题：n 钠水玻璃中的硅酸盐究竟以哪些化合物的钠水玻璃中的硅酸盐究竟以哪些化合物的形态存在于水溶液中还不太清楚？形态存在于水溶液中还不太清楚？n 尽管将偏硅酸钠写成尽管将偏硅酸钠写成NaNa2 2 SiOSiO3 3, ,但简单的偏但简单的偏硅酸离子（硅酸离子（SiOSiO3 32-2-）并不存在。偏硅酸钠的结构实并不存在。偏硅酸钠的结构实际为际为NaNa2 2(H(H2 2SiOSiO4 4) )和和Na(HNa(H3 3SiOSiO4 4) )，因此水溶液中的负，因此水溶液中的负离子只有离子只有H H3 3SiOSiO4 4- -和和 H H2 2SiOS

7、iO4 42-2-n特性：强碱性，特性：强碱性，PH=11PH=111313n直接影响它的化学和物理性质的重要参数：直接影响它的化学和物理性质的重要参数：n模数，密度，含固量，粘度。模数，密度，含固量，粘度。西安工业大学西安工业大学n模数模数n1 1、M=M=n nSiO2SiO2/ /n nNa2ONa2O=1.033=1.033w wSiO2SiO2 / /w wNa2ONa2On2 2、模数的意义、模数的意义n M M大小仅表示钠水玻璃中二氧化硅和氧化钠的大小仅表示钠水玻璃中二氧化硅和氧化钠的物质的量比。并不表示钠水玻璃中硅酸钠的质量物质的量比。并不表示钠水玻璃中硅酸钠的质量分数；模数高

8、的钠水玻璃，其硅酸钠的质量分数分数；模数高的钠水玻璃，其硅酸钠的质量分数不一定高。不一定高。西安工业大学西安工业大学n3 3、常用、常用M M大小大小223.33.3n4 4、改变、改变M M大小的化学方法大小的化学方法n1 1）降低）降低MM加入适量加入适量NaOHNaOH，即提高氧化钠的含量。，即提高氧化钠的含量。n2 2）提高）提高MM加入加入HClHCl、NHNH4 4Cl,Cl,即中和部分氧化钠。即中和部分氧化钠。西安工业大学西安工业大学n钠水玻璃密度、含固量和粘度钠水玻璃密度、含固量和粘度n1 1、密度、密度和含固量和含固量S Sn1 1）密度）密度取决于钠水玻璃中水的质量分数，而

9、不取决于钠水玻璃中水的质量分数，而不是它的模数。是它的模数。n常用常用=1.32=1.321.68g/cm1.68g/cm3 3 或波美度或波美度35355454的钠水玻的钠水玻璃。璃。n2 2）水分和含固量的测定）水分和含固量的测定n将已知重量的钠水玻璃同煅烧硫酸钙或干净石英砂将已知重量的钠水玻璃同煅烧硫酸钙或干净石英砂混合，再将混合物在混合，再将混合物在104104左右烘至恒重，计算水左右烘至恒重，计算水分。分。西安工业大学西安工业大学nH2O=(W+G-W-G)/W 100%n式中：式中：W混合物中钠水玻璃的质量；混合物中钠水玻璃的质量；n G混合物中颗粒材料的质量；混合物中颗粒材料的质

10、量；n G单独将同样颗粒材料烘干后损失的质单独将同样颗粒材料烘干后损失的质量；量；n W混合物烘至恒重的质量；混合物烘至恒重的质量；n含固量S=100- H2O西安工业大学西安工业大学n2 2、粘度、粘度: :随钠水玻璃的水分、密度和模数而定。随钠水玻璃的水分、密度和模数而定。n1 1）水分一定，模数）水分一定，模数，粘度，粘度PP132132表表2-2-12-2-1n2 2）模数一定，水分）模数一定，水分，粘度，粘度PP132132表表2-2-22-2-2n3 3、硬化方式与钠水玻璃模数、密度的关系、硬化方式与钠水玻璃模数、密度的关系n PP132132表表2-2-32-2-3n二、钠水玻璃

11、砂的硬化机理二、钠水玻璃砂的硬化机理 1 1、硅酸钠水溶液体系、硅酸钠水溶液体系 Si-O-NaSi-O-Na+ + + H+ H2 2O O Si-O-H + NaSi-O-H + Na+ + + OH+ OH- - 2 2、水解平衡方向及水解度、水解平衡方向及水解度PP133133式（式（2-2-92-2-9，2-2-10)2-2-10) 缩聚缩聚 Si-O-HSi-O-H + H-O-Si + H-O-Si Si-O-Si Si-O-Si + H + H2 2O O 解聚解聚西安工业大学西安工业大学 或或 Si-O-+ H-O-Si Si-O-Si +OH- 水解产生的硅酸不稳定可以缩聚

12、为多硅酸，水解产生的硅酸不稳定可以缩聚为多硅酸，硅氧烷链沿线性方向生长形成高聚物。进一步硅氧烷链沿线性方向生长形成高聚物。进一步形成凝胶导致硬化。形成凝胶导致硬化。n 目前，铸造生产中常用的一些硬化方法，目前，铸造生产中常用的一些硬化方法，都是基于加入能直接或间接影响上述反应平衡都是基于加入能直接或间接影响上述反应平衡点的气态、液态或粉状硬化剂，以与氢氧根离点的气态、液态或粉状硬化剂，以与氢氧根离子作用，并降低子作用，并降低PH值，或靠失水，或靠上述值，或靠失水，或靠上述二者的复合作用来达到硬化。二者的复合作用来达到硬化。西安工业大学西安工业大学失水发生由液态向固态的转变失水发生由液态向固态的

13、转变n 1 1、去除钠水玻璃中水分的方法：烘、吹、去除钠水玻璃中水分的方法：烘、吹热空气或干燥的压缩空气，真空脱水，微波照热空气或干燥的压缩空气，真空脱水，微波照射以及加入产生放热反应的化合物等，都可使射以及加入产生放热反应的化合物等，都可使钠水玻璃硬化。钠水玻璃硬化。n 2 2、P P133133图图2-2-22-2-2为为氧化钠、二氧化硅和水三氧化钠、二氧化硅和水三元系统的常温状态图。铸造用区域阴影部分元系统的常温状态图。铸造用区域阴影部分M=2.0M=2.03.33.3，=1.2=1.21.7g/cm1.7g/cm3 3西安工业大学西安工业大学n n 3 3、失水机理解释、失水机理解释n

14、 钠水玻璃中的硅酸钠溶于水，产生溶钠水玻璃中的硅酸钠溶于水，产生溶剂化作用，使其周围形成水化膜，水化膜剂化作用，使其周围形成水化膜，水化膜将硅酸钠质点隔离，使钠水玻璃呈稳定状将硅酸钠质点隔离，使钠水玻璃呈稳定状态，钠水玻璃的粘结性能和强度的增长，态，钠水玻璃的粘结性能和强度的增长，源于水分降低，水化膜被破坏，致使其粘源于水分降低，水化膜被破坏，致使其粘度迅速增加所致，其最高强度，在变为脱度迅速增加所致，其最高强度，在变为脱水液体区域内就可以得到。产生主要是无水液体区域内就可以得到。产生主要是无水玻璃状多聚硅酸钠。水玻璃状多聚硅酸钠。 西安工业大学西安工业大学化学反应、形成新的产物化学反应、形成

15、新的产物n 1 1、钠水玻璃的稳定性、钠水玻璃的稳定性n 钠水玻璃在钠水玻璃在PHPH10以上很以上很稳定稳定;PH;PH10 稳定性下稳定性下降。降。n 2 2、PHPH值对钠水玻璃胶凝时间的影响曲线值对钠水玻璃胶凝时间的影响曲线n PP134134图图2-2-3 2-2-3 呈呈N N字形字形n PHPH在在6.86.89.19.1之间，胶凝速度最快；之间，胶凝速度最快； PHPH在在3.23.23.9 9和和1010以上，胶凝速度最慢，钠水玻璃最稳定。以上，胶凝速度最慢，钠水玻璃最稳定。n 胶凝时间的测定方法：用胶凝时间的测定方法：用50ml50ml钠水玻璃置于钠水玻璃置于250ml25

16、0ml涂蜡烧杯内，恒速搅拌，用滴定管加入涂蜡烧杯内，恒速搅拌，用滴定管加入50ml50ml酸液。酸液。n 胶凝时间：从两种液体开始混合完毕到所形成的胶凝时间：从两种液体开始混合完毕到所形成的溶胶失去流动性为止所经历的时间。溶胶失去流动性为止所经历的时间。 n 西安工业大学西安工业大学n3 3、硅酸在溶液内的聚合作用机制、硅酸在溶液内的聚合作用机制( (尚无定论）尚无定论） 1 1）戴安邦观点（两种不同机制）戴安邦观点（两种不同机制）n 以原硅酸钠为例，硅酸离子的逐步酸化过程：以原硅酸钠为例，硅酸离子的逐步酸化过程：n H H+ + H H+ + H H+ +n H H2 2SiOSiO4 42

17、-2-H H3 3SiOSiO4 4- -H H4 4SiOSiO4 4H H5 5SiOSiO4 4 + +n 在碱性、中性和微酸性溶液中的缩聚作用；在碱性、中性和微酸性溶液中的缩聚作用；n H H4 4SiOSiO4 4+ + H H3 3SiOSiO4 4- - (HO)(HO)3 3SiOSi(HO)SiOSi(HO)3 3+OH+OH- -n 在浓酸溶液内的聚合作用；在浓酸溶液内的聚合作用；n 主要是中性分子与一价阳离子的聚合作用，在主要是中性分子与一价阳离子的聚合作用，在溶液溶液PH=1.5PH=1.54.54.5之间，两种作用同时并进。之间，两种作用同时并进。西安工业大学西安工业

18、大学n2 2）水解单聚物化合观点）水解单聚物化合观点n 在在H H+ +作用下，钠水玻璃水解成中性硅酸分子，作用下，钠水玻璃水解成中性硅酸分子，它是单聚物，不稳定。会与另一单聚物化合成二它是单聚物，不稳定。会与另一单聚物化合成二硅酸，二硅酸又与另一单聚物反应产生三硅酸，硅酸，二硅酸又与另一单聚物反应产生三硅酸，如此下去形成高聚物。如此下去形成高聚物。 3 3）混杂观点）混杂观点 上述几种缩聚反应均存在。上述几种缩聚反应均存在。 4 4、硅酸凝胶中水分的保持极其与强度的关系、硅酸凝胶中水分的保持极其与强度的关系n 硅酸凝胶带有硅酸凝胶带有6 6个分子水时具有最大强度。无个分子水时具有最大强度。无

19、水硅胶较脆，强度很低。水硅胶较脆，强度很低。西安工业大学西安工业大学n5 5、钠水玻璃砂的、钠水玻璃砂的COCO2 2硬化机制硬化机制n 砂粒表面有很薄的水玻璃膜（砂粒表面有很薄的水玻璃膜（3.8um3.8um），如吹），如吹 COCO2 2硬化，硬化，COCO2 2是一种脱水能力相当强的气体，从砂粒周围流过，是一种脱水能力相当强的气体，从砂粒周围流过， COCO2 2与与粘结剂接触面积大，使钠水玻璃部分失水，同时粘结剂接触面积大，使钠水玻璃部分失水，同时COCO2 2与钠水玻与钠水玻璃中的水作用形成碳酸：璃中的水作用形成碳酸：n CO2+H2O2H+CO32-n 从而使表层钠水玻璃的从而使表

20、层钠水玻璃的PH值不断降低，并达到迅速值不断降低，并达到迅速硬化。硬化。n COCO2 2硬化既有钠水玻璃的物理脱水作用，也有化学反应，硬化既有钠水玻璃的物理脱水作用，也有化学反应，二种机理难以截然分开。二种机理难以截然分开。n 西安工业大学西安工业大学n钠水玻璃膜：钠水玻璃膜：n 膜由两层组成膜由两层组成n 表层表层:主要成分是主要成分是硅酸胶体以及碳酸钠、硅酸胶体以及碳酸钠、碳酸氢钠结晶。碳酸氢钠结晶。n 里层里层:主要成分硅主要成分硅酸钠胶体。酸钠胶体。西安工业大学西安工业大学n 两层的相对厚度两层的相对厚度n 取决于钠水玻璃的化学反应程度，受硬化取决于钠水玻璃的化学反应程度，受硬化工艺

21、，钠水玻璃模数等因素的影响。工艺，钠水玻璃模数等因素的影响。n 6 6、各种硬化方法所得钠水玻璃砂的强度、各种硬化方法所得钠水玻璃砂的强度P P136136表表2-2-42-2-4西安工业大学西安工业大学n2-2-2 2-2-2 二氧化碳二氧化碳- -钠水玻璃砂及砂型（芯）的制造钠水玻璃砂及砂型（芯）的制造工艺工艺n一、芯（型）砂及芯盒（模样）一、芯（型）砂及芯盒（模样）n1 1、二氧化碳、二氧化碳钠水玻璃砂组成钠水玻璃砂组成n2 2、钠水玻璃砂的混制（可使用各种混砂机，放有、钠水玻璃砂的混制（可使用各种混砂机，放有盖的容器中或覆以湿的麻袋）盖的容器中或覆以湿的麻袋）n3 3、造型模样要求（起

22、模难，拔模斜度大，木模采、造型模样要求（起模难，拔模斜度大，木模采用活块，气化模，组芯造型，易粘模砂中加重油，）用活块，气化模，组芯造型，易粘模砂中加重油，）n 西安工业大学西安工业大学n二、制芯（型）及吹二氧化碳硬化二、制芯（型）及吹二氧化碳硬化n1 1、制芯紧实方法、制芯紧实方法手工、微震、吹射手工、微震、吹射n2 2、吹二氧化碳方法、吹二氧化碳方法据型（芯）的大小和据型（芯）的大小和形状选择形状选择西安工业大学西安工业大学吹二氧化碳吹二氧化碳方法方法插管法插管法脉冲吹气法脉冲吹气法真空二氧真空二氧化碳硬化法化碳硬化法模样通气法模样通气法盖罩法盖罩法西安工业大学西安工业大学n3 3、吹二氧

23、化碳时钠水玻璃的温度、吹二氧化碳时钠水玻璃的温度n 20203030为宜。为宜。n 常用促硬剂：酸性盐如硫酸亚铁。常用促硬剂：酸性盐如硫酸亚铁。n 硫酸亚铁可发生水解，增加硫酸亚铁可发生水解，增加HH+ + 浓度，使钠水浓度，使钠水玻璃不稳定，再吹二氧化碳，就可以很快强化。玻璃不稳定，再吹二氧化碳，就可以很快强化。n4 4、吹气流速和吹气时间的影响、吹气流速和吹气时间的影响n 1)1)流速流速n 2)2)时间时间n 对即用型芯对即用型芯高高V V流流，长，长吹吹n 长达一星期内使用长达一星期内使用低低V V流流，短，短吹吹 西安工业大学西安工业大学n3 3）吹气压力）吹气压力0.150.150

24、.2MPa0.2MPa。n4 4）据砂箱面积定吹气时间）据砂箱面积定吹气时间n 一般一般1010秒秒几分钟。几分钟。P P140140表表2-2-52-2-5n5 5）计算法确定）计算法确定Q Q气气（吹气量）（吹气量）n 按件重：按件重：1t1t铸件用二氧化碳量，铸件用二氧化碳量，Q Q气气=10=1012kg12kgn 按水玻璃量：按水玻璃量：Q QCO2CO2 =1/9W =1/9W水玻璃重水玻璃重（理论）（理论） n Q QCO2CO2=1/2W=1/2W水玻璃重水玻璃重 （实际）（实际）n Q QCO2CO2 =2% =2%钠水玻璃砂重钠水玻璃砂重 （实际）（实际）n 据据Q QCO

25、2CO2 确定确定吹吹 西安工业大学西安工业大学n5 5、二氧化碳节约标准、二氧化碳节约标准n （ Q QCO2CO2：W W水玻璃重水玻璃重 ）0.750.75最好最好n 0.750.751.0 1.0 良好良好n 1.0 1.0 不好不好n6 6、二氧化碳的硬化深度、二氧化碳的硬化深度n 一般可达一般可达202030mm30mm以上。以上。西安工业大学西安工业大学2-2-3 2-2-3 自硬钠水玻璃自硬钠水玻璃n 砂芯（型）是由砂内硬化剂致硬的。砂芯（型）是由砂内硬化剂致硬的。n 由原砂、钠水玻璃；粉状或液态有机酯硬化剂，由原砂、钠水玻璃；粉状或液态有机酯硬化剂，以及为改善砂芯（型）的保持

26、性、出砂性、减少铸以及为改善砂芯（型）的保持性、出砂性、减少铸件缺陷、提高件表面质量的附加物所组成。件缺陷、提高件表面质量的附加物所组成。n一、粉状硬化剂的自硬砂一、粉状硬化剂的自硬砂n 要求：具有潜伏性，能延缓钠水玻璃的胶凝反要求：具有潜伏性，能延缓钠水玻璃的胶凝反应。应。n1 1、硅铁粉、硅铁粉75Si-Fe,14075Si-Fe,140目，加入目，加入1 12%2%n 1 1）自硬反应是基于硅与氧的亲和力很强，硅）自硬反应是基于硅与氧的亲和力很强，硅- -铁中的硅与钠水玻璃水解的氢氧化钠和水反应。铁中的硅与钠水玻璃水解的氢氧化钠和水反应。n 西安工业大学西安工业大学n n 2 2）粘结形

27、成机制）粘结形成机制n 由于脱水以及二氧化硅与氧化钠的摩尔比即由于脱水以及二氧化硅与氧化钠的摩尔比即M M变化引起的粘度改变。变化引起的粘度改变。n 3 3）负作用）负作用目前较少用铁目前较少用铁- -硅粉。硅粉。n 氢气易爆炸，加入高锰酸钾之类的氯化剂可使氢气易爆炸，加入高锰酸钾之类的氯化剂可使氢气浓度降低。氢气浓度降低。n2 2、含硅酸二钙的粉末及硅酸盐水泥、含硅酸二钙的粉末及硅酸盐水泥n 广泛采用。由于赤泥、铬铁渣、碱性电炉炉渣、广泛采用。由于赤泥、铬铁渣、碱性电炉炉渣、熔炼氧化镁铝的还原渣等残渣或废料中存在大量熔炼氧化镁铝的还原渣等残渣或废料中存在大量的硅酸二钙，实际生产中广泛用作钠水

28、玻璃硬化的硅酸二钙，实际生产中广泛用作钠水玻璃硬化剂。剂。西安工业大学西安工业大学n n 1 1）赤泥：铝钒土提取氧化铝后的残渣，经过）赤泥：铝钒土提取氧化铝后的残渣，经过水洗去碱，在水洗去碱，在800800850850焙烧和磨细而成的粉末，焙烧和磨细而成的粉末，因含氧化铁而呈红色而得名。因含氧化铁而呈红色而得名。n 主要成分：氧化钙主要成分：氧化钙505060%60%n 二氧化硅二氧化硅202030%30%n 熔点：熔点：1200120012501250n 体积密度：体积密度：0.470.470.58g/cm0.58g/cm3 3n 粒度：粒度：95%95%通过通过140140目筛。目筛。西

29、安工业大学西安工业大学n n2 2）硅酸二钙的硬化机理）硅酸二钙的硬化机理n 水化脱水说水化脱水说n 认为硅酸二钙是一种水溶性物质，具有良好的水认为硅酸二钙是一种水溶性物质，具有良好的水化性质，水化时放出水化热并吸出化性质，水化时放出水化热并吸出GaGa2+2+，促使水玻璃，促使水玻璃水解和硅酸胶体脱水而凝胶化。水解和硅酸胶体脱水而凝胶化。n 硅酸凝胶说硅酸凝胶说n 在硬化过程中，硅酸二钙与钠水玻璃反应生成含在硬化过程中，硅酸二钙与钠水玻璃反应生成含钙和钠的含水硅酸盐，而使型砂获得一定强度。钙和钠的含水硅酸盐，而使型砂获得一定强度。n 水解生成氢氧化钙说水解生成氢氧化钙说n 硅酸二钙水解生成氢

30、氧化钙与钠水玻璃反应生成硅酸二钙水解生成氢氧化钙与钠水玻璃反应生成硅酸钙和硅酸胶体，然后变成凝胶体，再变成凝胶硅酸钙和硅酸胶体，然后变成凝胶体，再变成凝胶使型砂硬化。使型砂硬化。n 西安工业大学西安工业大学n较公认的说法：较公认的说法：n 赤泥颗粒细，表面积大，具有吸水特性，赤泥颗粒细，表面积大，具有吸水特性，造成钠水玻璃脱水，粘度增加，产生粘结。另造成钠水玻璃脱水，粘度增加，产生粘结。另外，由氧化钙和氧化硅组成硅酸二钙加入到由外，由氧化钙和氧化硅组成硅酸二钙加入到由氧化钠和氧化硅组成的钠水玻璃中，充分混合氧化钠和氧化硅组成的钠水玻璃中，充分混合有可能反应成为类似软玻璃的组分。新的产物有可能反

31、应成为类似软玻璃的组分。新的产物和任何未反应的钠水玻璃一样，也能在这一过和任何未反应的钠水玻璃一样，也能在这一过程中变得高度粘稠并产生粘结力。程中变得高度粘稠并产生粘结力。西安工业大学西安工业大学n 3 3）赤泥等加入量）赤泥等加入量n 赤泥占砂质量的赤泥占砂质量的3 36% 6% n 水玻璃加入量为砂质量的水玻璃加入量为砂质量的5.55.58%8%n 水量（型砂总含量）为水量（型砂总含量）为4 46%6%n 4 4）型砂的混制）型砂的混制n 首先：（原砂首先：（原砂+ +硬化剂硬化剂+ +其它粉状物）在混砂机其它粉状物）在混砂机中干态混匀中干态混匀n 其次：其次： （原砂（原砂+ +硬化剂硬

32、化剂+ +其它粉状物）其它粉状物）+ +钠水玻钠水玻璃璃 湿混匀湿混匀西安工业大学西安工业大学n5 5）制芯（型）制芯（型）n 填砂后隔填砂后隔4040180180分钟就可脱模。分钟就可脱模。n 2424小时后，抗压强度达小时后，抗压强度达0.6MPa0.6MPa以上。以上。n 原砂：原砂：30/5030/5040/70 40/70 n6 6）粉状硬化剂自硬砂的优缺点）粉状硬化剂自硬砂的优缺点n 简单、方便，但不易混匀，活性不稳定，受炉简单、方便，但不易混匀，活性不稳定，受炉渣成分、粒度、贮存期间吸水等因素的影响，粘渣成分、粒度、贮存期间吸水等因素的影响，粘结剂的粘结强度得不到充分发挥。结剂的

33、粘结强度得不到充分发挥。西安工业大学西安工业大学二、液态有机酯硬化剂自硬砂二、液态有机酯硬化剂自硬砂n1 1、液态硬化剂、液态硬化剂P P142142表表2-2-62-2-6。n2 2、硬化机理、硬化机理: :类似于二氧化碳硬化法类似于二氧化碳硬化法, ,也基于消耗也基于消耗羟基阴离子。羟基阴离子。n3 3、酯硬化特点、酯硬化特点: : n混合均匀，型、芯所有部分以相同速度建立强度混合均匀，型、芯所有部分以相同速度建立强度, ,n改善出砂性。改善出砂性。n减少钠水玻璃用量，存放性好。减少钠水玻璃用量，存放性好。n 西安工业大学西安工业大学n4 4、酯的水解（在硬化时）、酯的水解（在硬化时）n

34、酯在碱性钠水玻璃中水解，产生醇和酸。酯在碱性钠水玻璃中水解，产生醇和酸。n 0H0H- -n RCOOR+H2ORCOOH+ROHn RCOOH RCOO- -+H+n 氢离子与氢氧根离子结合，醋酸根与钠离子结氢离子与氢氧根离子结合，醋酸根与钠离子结合，均有利于酯的进一步水解，并促使生成大的凝合，均有利于酯的进一步水解，并促使生成大的凝聚的硅酸分子，由溶胶变成凝胶，使水玻璃砂的强聚的硅酸分子，由溶胶变成凝胶，使水玻璃砂的强度增加。度增加。n 也有人认为后期生成的醋酸钠凝结成晶体，最也有人认为后期生成的醋酸钠凝结成晶体，最后形成高强度的整体凝胶。后形成高强度的整体凝胶。西安工业大学西安工业大学n

35、5 5、使用对象：单件，成批生产钢铁及其它合金铸件。、使用对象：单件，成批生产钢铁及其它合金铸件。 小的型、芯小的型、芯 ：单一砂：单一砂n 大、中型砂型：面砂大、中型砂型：面砂n6 6、典型配方、典型配方( (质量分数）：质量分数）：n 石英砂：石英砂：95.695.697%97%n 钠水玻璃：钠水玻璃：3 34.4%4.4%n 有机酯为钠水玻璃质量的有机酯为钠水玻璃质量的8 812.5%12.5%n 要求：钠水玻璃要求：钠水玻璃 M=2.3M=2.32.82.8西安工业大学西安工业大学n7 7、酯的加入量：酯一定，、酯的加入量：酯一定，M M增大，反应加快增大，反应加快n 酯酯%8%15%

36、15%，不会加快硬化时间，反而有可，不会加快硬化时间，反而有可能降低能降低拉拉 。成本提高。成本提高。n8 8、存放性、存放性比二氧化碳硬化好，受制芯比二氧化碳硬化好，受制芯（型）工艺过程的影响。（型）工艺过程的影响。西安工业大学西安工业大学2-2-4 2-2-4 钠水玻璃砂存在的问题及其解决途径钠水玻璃砂存在的问题及其解决途径n一、出砂性差一、出砂性差n 钠水玻璃砂的主要缺钠水玻璃砂的主要缺点：溃散性差，出砂困点：溃散性差，出砂困难，从而限制了它在铸难，从而限制了它在铸造上获得更广泛的应用。造上获得更广泛的应用。 n图2-2-9 CO2钠水玻璃砂的加钠水玻璃砂的加热温度与残留强度关系热温度与

37、残留强度关系西安工业大学西安工业大学重点：重点： n1.1.残强的两个峰值一个谷值产生的原因残强的两个峰值一个谷值产生的原因? ? n2.2.高温强度峰值在高温强度峰值在400400，与残强不同步，而且，与残强不同步，而且在在400400以前几乎所有温度下的高温强度都大于以前几乎所有温度下的高温强度都大于相应模数钠水玻璃砂的残强？相应模数钠水玻璃砂的残强？ n3.3.为什么为什么400400600600，残残，高温高温都显著降低？都显著降低？ n4.4.为什么为什么800800左右左右残残出现第二峰值，出现第二峰值，高温高温 达达最低到零？最低到零？n5.8005.80010001000，残残

38、下降？大于下降？大于12001200，残残上升？上升？n6.6.模数与模数与残残、高温高温的关系？的关系？西安工业大学西安工业大学n7.7.改善钠水玻璃出砂性的途径及措施？改善钠水玻璃出砂性的途径及措施？ 1)1)在钠水玻璃砂中加入附加物在钠水玻璃砂中加入附加物n a a、有机附加物、有机附加物糖类、树脂类、油类、纤维糖类、树脂类、油类、纤维素类。素类。n b b、无机附加物、无机附加物二价或三价的金属氧化物二价或三价的金属氧化物n c c、复合附加物、复合附加物无机无机+ +有机有机n2)2)减少钠水玻璃用量减少钠水玻璃用量n3)3)降低易熔融物质的含量降低易熔融物质的含量n 西安工业大学西

39、安工业大学n二、铸铁件粘砂二、铸铁件粘砂n1 1、常严重粘砂：限制了钠水玻璃砂在铸铁件上的应、常严重粘砂：限制了钠水玻璃砂在铸铁件上的应用。用。n2 2、中小铸钢：细粒砂，二氧化硅含量高的石英砂，、中小铸钢：细粒砂，二氧化硅含量高的石英砂，提高紧实率，通常可获得表面光洁的铸件。提高紧实率，通常可获得表面光洁的铸件。n3 3、重大铸钢件：粘砂较严重。、重大铸钢件：粘砂较严重。n4 4、粘砂形式：机械与化学并存。、粘砂形式：机械与化学并存。n5 5、粘砂机制：氧化钠、二氧化硅等与液态金属在浇、粘砂机制：氧化钠、二氧化硅等与液态金属在浇注时产生的铁的氧化物，形成低熔点的硅酸盐。注时产生的铁的氧化物，

40、形成低熔点的硅酸盐。 西安工业大学西安工业大学n（1 1）硅酸盐结构）硅酸盐结构n 玻璃体玻璃体与铸件表面的结合力小，易清除。与铸件表面的结合力小，易清除。n 结晶体结晶体结合牢固，产生粘砂。结合牢固，产生粘砂。n（2 2）铸钢）铸钢n T T浇浇 高，钢水易氧化，粘砂层中氧化铁，氧化锰含高，钢水易氧化，粘砂层中氧化铁，氧化锰含量高，粘砂层易于清除。量高，粘砂层易于清除。n（3 3）铸铁）铸铁n T T浇浇低，铁、锰不易氧化，粘砂层不易清除。低，铁、锰不易氧化，粘砂层不易清除。n（4 4）厚大钢件）厚大钢件n 热作用时间长且强烈，钠水玻璃严重烧结，型表热作用时间长且强烈，钠水玻璃严重烧结，型表

41、面孔多，钢水侵入造成严重粘砂。面孔多，钢水侵入造成严重粘砂。西安工业大学西安工业大学n6 6、防止措施、防止措施n （1 1）刷涂料：最好刷醇基涂料。）刷涂料：最好刷醇基涂料。n （2 2）加煤粉（）加煤粉（3 36%6%）。）。n （3 3）加有填料效能的高岭土或粘土（）加有填料效能的高岭土或粘土（2%2%）。）。西安工业大学西安工业大学n三、型、芯表面粉化（白霜）三、型、芯表面粉化（白霜）n 吹二氧化碳硬化后，放一段时间，有时在型、芯表吹二氧化碳硬化后，放一段时间，有时在型、芯表面会出现象白霜一样的物质，严重降低该处表面强度，面会出现象白霜一样的物质，严重降低该处表面强度，浇注时易产生冲砂

42、缺陷。浇注时易产生冲砂缺陷。n 成分：碳酸氢钠成分：碳酸氢钠n 原因：钠水玻璃砂中含水分或二氧化碳过多而引起原因：钠水玻璃砂中含水分或二氧化碳过多而引起的。的。n NaCONaCO3 3+H+H2 2O ONaHCONaHCO3 3+NaOH+NaOHn NaO+CO NaO+CO2 2+H+H2 2O O2NaHCONaHCO3 3n 碳酸氢钠易随水分向外迁移，使型、芯表面出现类碳酸氢钠易随水分向外迁移，使型、芯表面出现类似霜的粉状物。似霜的粉状物。n 西安工业大学西安工业大学n 防止措施：控制水分，吹二氧化碳时间不防止措施：控制水分，吹二氧化碳时间不宜过长，型芯不要久放，加占砂重宜过长，型

43、芯不要久放，加占砂重1%1%、=1.3g/cm=1.3g/cm3 3 的糖浆。的糖浆。n 四、砂芯抗吸湿差四、砂芯抗吸湿差n 原因：原因：在潮湿环境中，由于钠水玻璃重新在潮湿环境中，由于钠水玻璃重新发生水合作用。发生水合作用。钠水玻璃粘结剂基体中的钠离钠水玻璃粘结剂基体中的钠离子与氢氧离子吸收水分并侵蚀基体，最后使硅子与氢氧离子吸收水分并侵蚀基体，最后使硅氧键断裂重新溶解，致使钠水玻璃砂粘结强度氧键断裂重新溶解，致使钠水玻璃砂粘结强度猛降。猛降。西安工业大学西安工业大学n解决措施解决措施： n n （1 1）加入无机附加物）加入无机附加物n 在钠水玻璃中加入：钾水玻璃、碳酸锂、碳在钠水玻璃中加

44、入：钾水玻璃、碳酸锂、碳酸钙、碳酸锌。减少游离的钠离子，改善钠水玻酸钙、碳酸锌。减少游离的钠离子，改善钠水玻璃粘结剂的抗吸湿性。璃粘结剂的抗吸湿性。n （2 2）加起表面活性剂作用的有机物）加起表面活性剂作用的有机物 n 粘结剂硬化时，钠水玻璃凝胶内亲水的钠离粘结剂硬化时，钠水玻璃凝胶内亲水的钠离子和氢氧离子或为有机憎水基取代，或相互结合，子和氢氧离子或为有机憎水基取代，或相互结合，外露的为有机憎水基，从而改善吸湿性外露的为有机憎水基，从而改善吸湿性。西安工业大学西安工业大学n五、其它五、其它n1 1、发起量大、发起量大粘结剂本身的蒸气粘结剂本身的蒸气, ,要注意排气。要注意排气。n2 2、旧

45、砂再生和回用困难、旧砂再生和回用困难n 旧砂再生的困难旧砂再生的困难在于难以去掉包覆在砂粒表在于难以去掉包覆在砂粒表面的钠水化合物，这就增加了砂中氧化钠的含量，面的钠水化合物，这就增加了砂中氧化钠的含量，降低其耐火度，同时引起残留强度增加，恶化出降低其耐火度，同时引起残留强度增加，恶化出砂性。砂性。西安工业大学西安工业大学n再生方法：再生方法：n 再生方法再生方法干摩擦法干摩擦法超声波超声波处理法处理法热法热法+机械法机械法化学法化学法湿法湿法西安工业大学西安工业大学n 干摩擦法：难以清除砂中碱分。干摩擦法：难以清除砂中碱分。n 湿法：效果较好，但增加砂子的烘干工序。废水的湿法：效果较好，但增

46、加砂子的烘干工序。废水的循环使用也还存在问题，同时也不能去掉砂粒表面的钠水循环使用也还存在问题，同时也不能去掉砂粒表面的钠水玻璃膜。玻璃膜。n 化学法：热水、酸化水或者碱溶液增加对钠水玻璃化学法：热水、酸化水或者碱溶液增加对钠水玻璃膜的溶解。膜的溶解。n 超声波处理法：用超声波对砂浆（含水超声波处理法：用超声波对砂浆（含水40%40%面砂重）面砂重）处理，有学者认为可得到近似新砂的再生砂。去掉旧砂表处理，有学者认为可得到近似新砂的再生砂。去掉旧砂表面的钠水玻璃膜；消除砂粒不平和凸起部分，圆整砂粒。面的钠水玻璃膜；消除砂粒不平和凸起部分，圆整砂粒。n 最佳时间：最佳时间：20203030分钟，过

47、长破坏砂粒。分钟，过长破坏砂粒。n 最有发展前途的方法之一：热法最有发展前途的方法之一：热法+ +机械法。加热使机械法。加热使膜脆化，再用机械搓擦破碎，最后用抽风方法将粉尘彻底膜脆化，再用机械搓擦破碎，最后用抽风方法将粉尘彻底去除。去除。西安工业大学西安工业大学n3 3、热膨胀问题、热膨胀问题n 加热温度及时间对钠水玻璃砂热膨胀的影响曲加热温度及时间对钠水玻璃砂热膨胀的影响曲线线: :n 0 0250250脱水收缩脱水收缩n 250250800800膨胀增大膨胀增大n 80080010001000钠水玻璃熔融，收缩钠水玻璃熔融，收缩n 10001000膨胀增大。膨胀增大。 钠水玻璃可改变钠水玻

48、璃可改变二氧化硅晶型转变：二氧化硅晶型转变： 例：方石英不是在例：方石英不是在14701470迅速形成，而是迅速形成，而是10181018迅速形成。迅速形成。 这些突变易引起：型、芯开裂和砂粒裂开，导致铸这些突变易引起：型、芯开裂和砂粒裂开，导致铸件粘砂或铸件表面粗糙。件粘砂或铸件表面粗糙。西安工业大学西安工业大学n n n防止措施：加入防止措施：加入4%4%高龄土粘土形式的铝高龄土粘土形式的铝( (氧）土，可使上述晶型转化降至最低限氧）土，可使上述晶型转化降至最低限度，甚至不发生。度，甚至不发生。西安工业大学西安工业大学2-2-5 2-2-5 钠水玻璃钠水玻璃石灰石砂石灰石砂n1 1、优点、

49、优点n 出砂性好，无硅肺病；可就地取材。出砂性好，无硅肺病；可就地取材。n2 2、缺点及防止措施、缺点及防止措施缺点缺点 易粉化易粉化易产生易产生 “缩沉缩沉”、“蚯裂蚯裂”旧砂再生旧砂再生较困难较困难耐高温耐高温和冲刷和冲刷性差性差发气量大发气量大型砂保型砂保存性差存性差西安工业大学西安工业大学n防止措施：防止措施：n 提高紧实度；提高紧实度；n 涂料；涂料； n 砂中掺附加物砂中掺附加物碳素材料防氧化亚铁生碳素材料防氧化亚铁生成数量成数量 ；n 插钉插钉在型壁立面中下部。在型壁立面中下部。西安工业大学西安工业大学设计铸造工艺时应注意做到：（设计铸造工艺时应注意做到：（8 8条条) )n 1

50、 1）浇道尽量采用耐火砖材料；）浇道尽量采用耐火砖材料；n 2 2）内浇道尽量分散，并尽量才用底注法；）内浇道尽量分散，并尽量才用底注法；n 3 3）控制面砂厚度，一般偏薄，多为）控制面砂厚度，一般偏薄，多为5050100mm100mm；n 4 4）注意排气。多排气道，以减少排气阻）注意排气。多排气道，以减少排气阻力；确保背砂透气性；在砂芯中填充炉渣块力；确保背砂透气性；在砂芯中填充炉渣块等干、散块料，并注意砂芯排气道与外型排等干、散块料，并注意砂芯排气道与外型排气道相互连通。气道相互连通。 西安工业大学西安工业大学n 5 5）在钢水流尽头或钢水交汇处，设置集渣）在钢水流尽头或钢水交汇处，设置