《造型材料》05章_水玻璃砂

　　凡是能去除水玻璃中水分的方 法，如加热烘干、吹干燥的压缩 空气、真空脱水等都可使水玻璃 硬化，这主要是破坏了溶胶中的 水化薄膜。

　　从状态图上能够正常的看到，失水后 水玻璃变成粘稠液体→半固体→ 水合玻璃→玻璃体。

　　在实际生产中，物理脱水和化学 硬化两者往往是伴生的，不过有 一个过程为主。

　　2）VRH法的主要工序 设备系统由CO2储气罐、CO2管路系统、硬化室、真空管路

　　VRH法的主要工艺过程简述如下：将真空紧室实内后抽砂箱真空或，芯盒要求置线kPa以下，最

　　② 在砂型上盖罩吹CO2，见图5.4 ； ③ 通过模样上的吹气孔吹CO2，见图5.5。在CO2吹入前，

　　在砂型或砂 芯上扎一些 直径6~10mm 的吹气孔， 将吹气管插 入并吹CO2， 硬化后起模

　　一定的湿压强度，采用的是先起模后硬化的工艺，因而不 得不加一定量的粉状材料（如粘土）以增加型砂的湿强度， 这导致水玻璃加入量增加，型砂易烧结，溃散性差，旧砂 再生困难。

　　玻璃，以及先硬化再起模的生产的基本工艺，使得水玻璃的加入 量比传统工艺大幅度减少，以此来降低了型砂浇注后的残留强 度，使铸件的落砂和清理容易，更有助于旧砂的再生。

　　水玻璃砂的保存性较差，而且与水玻璃的模数、 含水量及气温、大气湿度等相关，水玻璃砂最好 贮存在料斗中，表面覆以湿麻袋以防失水硬化。

　　水玻璃砂易粘模，故使用的模型、芯盒表 面要光滑，木质模具要涂以硝基清漆，造 型和制芯时，在模具表面喷煤油或在型砂 中加0.5%~1.0%的重油可减轻粘模。

　　目前，水玻璃砂的CO2硬化主要是采用： 1. 直接吹CO2法 2. VRH法

　　① 在砂型或砂芯上扎一些直径6~10mm的吹气孔，将吹 气管插入并吹CO2，硬化后起模，见图5.3；

　　(1)CO2的压力: CO2压力一般用1.5~2.0个大 气压，压力的选取应视铸型 和砂芯尺寸而定。通常CO2 的压力很少超过2个大气压。

　　由于微波以体积方式加热水玻璃各部分同时均匀升温水分由里向外充分迁移水玻璃凝聚快且各处速度一致微波硬化水玻璃砂表面平整胶粒紧密细小大小均匀不需大量模具就可以实现加热固化后脱模可获得高精度型芯可按型芯随制随用组织生产避免型芯受潮201897微波烘干法的优点微波硬化的水玻璃砂和co硬化水玻璃砂的强度性能的比较图520微波硬化与吹co硬化水玻璃砂性能比较微波硬化的水玻璃砂常温强度比co水玻璃砂要高残留强度很低有利于型砂的溃散201897微波硬化水玻璃砂生产线微波硬化水玻璃砂造型流水线水玻璃自硬砂水玻璃砂在混砂时加入液态或固态硬化剂在室温下能够自硬不必吹co或加热砂型芯在硬化后起模称之为水玻璃自硬砂

　　水玻璃砂加热后，开 始时膨胀，但是随后 就收缩，曲线接近木 屑粘土砂，故不易产 生夹砂。采用不一样粘 结剂时，型砂的加热 膨胀曲线 不同粘结剂型砂在加热时的体积变化

　　水玻璃的模数对强度的影 响见图5.10。高模数水玻 璃砂的湿强度较高，而硬 化后干强度较低。

　　也增加型（芯）浇注后的残留强 度，使清理困难。目前，国内水 玻璃砂中水玻璃加入量一般在 6%~9%，而国外领先水平一般为 3%~5%，甚至更低，水玻璃加入 量对强度的影响见图5.11。

　　➢ 技术改造前，采用CO2水玻璃砂时，由于水玻璃质量不稳 定，造型后铸型一定要使用大型箱式烘炉烘烤脱水。技改后， 逐步调整了原砂技术指标、液料配比，完善了舂砂成型、 起模修型、涂料涂刷、合型烘烤等操作工艺，成功地将有 机酯固化水玻璃砂应用到铸造铜合金的生产之中，对公司 稳定产品质量、节约能源、等发挥了很大作用。

　　CO2硬化水玻璃砂的性能最重要的包含强度、保存性和 粘膜性，影响这些性能的因素有很多：

　　➢ 珠海采埃孚推进系统公司是一个船用铜质螺旋桨专业制造 厂，原来用一条台湾产2.5t/h呋喃树脂生产线，从事小型 高速桨的铸造。为适应市场的需要，改为系列化大直径可 调桨的制造。原有生产线出砂能力过低，完全不敷需要， 改为国内比较广泛使用的CO2固化水玻璃砂；但水玻璃砂 只能一次使用，每天产生的大量废砂无处倾倒，环保问题 很突出，必须寻找新的出路。

　　铸造生产中，主要是通过前两个途径使砂型或 砂芯得到硬化，它可以是单独的化学或物理硬 化，也可以是化学硬化和物理脱水硬化同时进 行。

　　继续吹CO2，硅酸分子脱水聚合，同时硅酸胶粒稳定性 下降，并且继续失水而成为网状凝胶。

　　5.3.1CO2硬化水玻璃砂的配比及混砂工艺 CO2硬化水玻璃砂对原材料的要求如下：

　　对原砂要求低于树脂砂，石英砂中的SiO2含量要根 据合金种类及铸件尺寸而定。 混砂工艺通常是干料先干混2~3min，再加液态原材 料湿混，湿混时间不宜过长。 混砂时间对强度的影响见图5.2，混砂时间长，砂子 因摩擦发热，使水玻璃脱水硬化，导致干强度下降， 湿混时间一般约为3~5min。

　　胶体凝聚的主要方法是在溶胶中加入少量电解质。铸造 用水玻璃硬化常用的是CO2法。CO2是酸性氧化物，它 可与水玻璃中水解产物NaOH发生如下反应 ： 2NaOH CO2 Na2CO3 H2O

　　这样降低了OH-的浓度，促进硅酸钠不断水解，使SiO2 分子浓度持续不断的增加，即：

　　➢ 有机酯固化水玻璃砂于20世纪80年代末在我国就已开始应 用于铸钢生产，代替CO2固化水玻璃砂。由于它既保持了 原来水玻璃砂的成型准确、强度高的特点，又大幅度减少 了水玻璃的用量，溃散性也得到了根本改善，从而为铸造 界看好。但由于当时还没找到可靠的旧砂再生方法，再 生砂达不到面砂的要求，只能用作背砂，限制了它的推广 应用。

　　19世纪中叶，人们就开始使用烘干硬化的水玻璃砂 19世纪末，Hargreaues和Paulson就发现吹CO2硬化是水玻

　　璃硬化的方法，并于1898 年获得英国专利。 50年后，捷克的L. Petrzela博士又重新研究了水玻璃吹CO2

　　的工艺，并在1948年重新获得英国专利。 20 世纪50年代初，水玻璃砂CO2硬化工艺在铸造行业得到

　　增加湿强度，降低干强度， 见图5.13。只有当对型砂 湿强度要求比较高时，才加 入粘土。CO2法硬化多数 是在硬化后再起模，故一 般不加粘土。

　　700℃之后，强度 很小，到800℃几 乎无任何强度，这 时水玻璃已经熔化， 出现了液相。

　　➢ 由于有机酯固化水玻璃砂的突出优点，十多年来铸造界对 其旧砂再生的研究也有了突破性进展。研究之后发现有机酯固 化水玻璃砂经300~350℃焙烧，即可去除结晶水和部分有 机酯，使水玻璃膜脆化，此时再及时给予相应的机械搓擦 和分离，就完全达到了再生的目的。

　　➢ 基于此，公司依据自身产品的特点决定在新厂房的设计中 采用有机酯固化水玻璃砂生产可调桨叶片、桨帽、油缸及 其他相关铸件。在2007年的工厂技术改造中大胆选用了有 机酯固化水玻璃砂再生铸造生产线/12/31

　　CO2硬化水玻璃砂的强度除了受硬化工艺的影响之外，主 要受以下因素的影响：

　　密度大，水玻璃粘度大，固体物含量较多，硬化 后强度较大，但密度过大时，型砂不易混匀；相 反，密度小，则型砂水分含量多，不易硬透，会 导致某些缺陷，密度过小时，固体物太少，则型 砂强度也低 。

　　水玻璃砂中总的含水 量要适当，水分过多， 硬化后残留水分多， 强度低，但水分过低， 水玻璃不能充分水解， 型砂的保存性差，使 强度下降。水玻璃砂 中总的含水量还与水 玻璃的模数有关，强 度与模数、水分的关 系见图5.14

　　使砂型先在真空室内经线）VRH法的主要特征 水玻璃加入量少 显著改善砂型的溃散性 铸件质量高 降低造型材料的费用，提高经济效益 缺点是设备投资大，固定尺寸的真空室不能适应 过大或过小的砂箱或芯盒

　　混砂时间长，砂子 因摩擦发热，使水 玻璃脱水硬化，导 致干强度下降，湿 混时间一般约为