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生产铸钢件用造型材料概述
生产铸钢件用造型材料概述
中国铸造协会李传栻
近年来,我国在铸钢件生产方面的发展和进步是举世瞩目的。
2008年,我国生产各类铸钢件460万吨,多于俄、美、印、日、德、加、法、英等8国产量的总和,约占世界各国铸钢件总产量的44%(参见表1)。
表12008年主要铸钢件生产国家的产量(按产量排序)
国别
中国
俄国
美国
印度
日本
德国
加拿大
法国
英国
铸钢件产量(万吨)
460
130
117.2
91.6
29.8
22.0
11.2
11.0
7.2
在大型铸钢件的生产方面,我国铸钢业界早就刷新了世界纪录:
●2004年,我国第二重型机器厂制造了重470吨的轧钢机架铸件,当时是世界上最大的铸钢件,迄今为止,尚未见其他国家生产比这更大的铸钢件;
●2006年,我国第一重型机器厂制造了重480吨的铸钢件(5m轧机机架),刷新了二重所创立的记录;
●2008年,洛阳中信重工又制造了重520吨的大型液压机横梁,再一次刷新了世界上最大铸钢件的记录。
生产大型铸件,早就不是问题了,但是,几年前,在高、精、尖方面我们与工业发达国家的差距还相当大,一些高端铸钢件的生产技术我们还没有掌握好,生产中有不少难点,有些铸件还不得不依赖进口。
最近几年,在高端铸钢件的生产方面,我们也有了许多可喜的进展。
1、超超临界汽轮机用铸钢件的生产工艺日臻完善
我们为1000MW超超临界汽轮机生产的铸钢件,产品质量可以认为是上乘的,而且有资质生产这类产品的厂家已经不少。
2、大型水电机组所用的铸钢件自己可以生产
大型水电机组的上冠、下环、叶片等重要不锈钢铸件,过去主要依靠进口,现在,鞍钢重工、二重、一重、共享铸钢、福鞍等铸造厂都已开始生产这类铸件。
3、定向凝固叶片和单晶叶片的研制
航空用燃气轮机的定向凝固叶片和单晶叶片的研制已初见成效,虽然工艺仍有待逐步优化,但已有产品推出。
4、已经开始为节能、减排的汽车发动机生产耐热钢排气管
为适应节能、减排的要求,汽车用汽油发动机的排气温度不断提高。
执行欧4标准以后,排气温度达1050℃,排气管不得不用高镍奥氏体耐热钢铸造。
虽然我还不知道我国哪种汽车的发动机已采用耐热钢排气管,但是,就我所知,我国目前至少已有三家铸造企业开始生产耐热钢排气管。
即使这类产品主要是供出口的,也应该为我国铸造行业顺应时势之快而感到欣慰。
我国熔模精密铸件的产量较高,但是,在铸钢件的总量中所占的比重仍然不到10%,绝大部分铸钢件都是砂型铸造的。
因此,进一步优化砂型的制造工艺,对于提高铸件质量、节约资源、节能、减排都是至关重要的。
在这里,想简略地评述各种砂型在铸钢件生产方面的应用,供铸钢业界的同仁参考,希望我抛起的这块小砖,能引出纷至沓来的“美玉”。
一、不要简单地摒弃粘土湿型砂
粘土湿型砂是历史最悠久的造型材料,具有生产成本低、造型周期短、可循环使用、对环境的污染少等许多优点,这是众所周知的,就不必细说了。
采用粘土湿型砂,最大的制约是砂型的强度不高,只适用于生产小型、乃至中型偏小的铸件,而且当前主要还是用于生产铸铁件。
尽管如此,在目前各种粘结剂竞相发展的条件下,世界各国铸造行业中,粘土湿型砂仍然是应用面最广、用量最大的造型材料,但主要是用于生产铸铁件。
铸钢件的需求量本来就远低于铸铁件,我国铸钢件的产量是非常可观的,但也还不到各类铸铁件产量的20%。
而且,对铸钢件的需求,以中、大型铸件居多,要求批量生产的、小型和中型偏小的铸件相对又比较少。
因此,从世界各国的情况看来,用粘土湿型砂生产的铸钢件不是很多,用自动造型生产线生产的更少。
这种客观条件,很容易给人以“铸钢件不宜采用粘土湿型砂”的印象,从而,又进一步制约了粘土湿型砂的应用。
实际上,小型铸钢件采用粘土湿型砂造型是非常合适的,不仅可以保证铸件质量、降低生产成本,而且在环保方面的好处尤其值得注意。
1、比用粘土湿型砂生产铸铁件更符合环保要求
粘土湿型砂中不含有害物质,在砂处理、造型、合箱等工位都不散发有害气体,与用其他化学粘结剂的型砂相比,真可以说是“绿色型砂(greensand)。
英文中的‘green’有多种含义:
既可以是‘绿色的、新鲜的’;也可以是‘不经烘干的、不经处理的’。
早年,英国人因为用粘土湿型砂制成的砂型不必烘干、直接浇注,因而称之为‘greensand’。
现在却可以因其符合环保要求而称之为‘greensand’,这确实是他们始料未及的。
用于铸铁件的粘土湿型砂,其中需要加入相当数量的煤粉,浇注后就会因煤粉热解而释放CO2、CO、H2、甲烷、乙炔、和氨等气体,是有害的,这是粘土湿型砂美中不足之处,当前已成为各国铸铁行业普遍关注的重要问题,各工业国家都设立有寻求煤粉替代材料的研究课题,但是,迄今为止,尚未得到令人满意的解决方案。
国外有人无可奈何地说:
“唉,煤粉是铸造行业甩不掉的冤家!
”
生产铸钢件用的粘土湿型砂,其中不必加入煤粉,只需配加少量淀粉或其他辅料,基本上不存在上述棘手的问题,整个铸造生产的各工序中,只要注意通风和防尘,容易达到环保要求。
2、铸钢件的凝固方式比铸铁件更适于采用粘土湿型砂
粘土湿砂型浇注后,由于砂型/金属界面处的热作用而发生水分迁移,在离界面不远处形成强度很低的水分凝聚层,这是粘土湿砂型的一项“软肋”。
铸铁(尤其是球墨铸铁)件是以“糊状凝固方式”凝固的,发生共晶转变时又有一石墨化膨胀过程,容易导致型壁运动而影响铸件的尺寸精度。
铸型表层胀大后,还会使内部的缩孔、缩松等缺陷扩大。
既影响尺寸精度,又影响内在质量。
砂型中的低强度水分迁移层,再加以铸铁件的糊状凝固方式,还易于在铸件表面形成‘夹砂’、‘鼠尾纹’之类的膨胀缺陷。
铸钢件是以“硬皮形成方式”凝固的,浇注以后,砂型/金属界面处的金属很快就形成坚固的硬壳,此后铸件内又没有石墨化膨胀的问题,这样就排除了水分凝聚层这一‘软肋’对铸件质量的影响。
3、粘土湿型砂在生产铸钢件方面的应用
一些工业国家中,100㎏以下的铸钢件,特别是批量较大、持续供货的产品,大部分都采用粘土湿砂型铸造。
日本有资料称:
每型浇注钢液量在1吨以下的,都可考虑采用粘土湿砂型铸造。
由于需求量所限,小型铸钢件采用自动造型生产线的很少,大都用单台造型机造型,并配装有简便的砂箱、铸型转运设施。
为了保证产品质量,砂处理系统可以很小巧,但必须有效而完整。
有些铸钢件生产厂,在装备有多条树脂自硬砂生产线的同时,还设有小型的粘土湿型砂造型工部。
据我所知,上世纪50年代,我国就有些工厂采用粘土湿型砂,批量生产小型铸钢件,有的工厂还装备有造型生产线。
但是,在当前各种自硬砂迅速推广应用的形势下,对于这一传统工艺,好象早就不在考虑之列了。
不仅没有不断优化、改进和发展,反而使之日渐没落。
希望铸钢业界的同仁,不要将此工艺置之于不顾,要恰如其分地发挥其作用。
二、有关水玻璃粘结砂的几个问题
我国铸钢行业采用水玻璃粘结砂(以下简称水玻璃砂)已有将近50年的历史。
水玻璃的制取工艺比较简单,原材料无匮乏之虞,价格也相当低廉。
水玻璃砂的应用,好像门槛也很低,初步入门比较方便,这是其应用得以迅速推广的重要原因。
实际上,要用好水玻璃砂并不容易,还有很多课题需要深入的研究和探讨。
虽然水玻璃砂有不少重要的优点,但也的确存在一些问题,如落砂困难、铸件表面质量较差、旧砂不便回用和再生、以及铸型和芯子存放过程中强度下降等问题。
由于在这方面研究工作的力度不够,在树脂自硬砂迅速推广应用的条件下,水玻璃砂的应用早已不复存在上世纪50年代那种红火的形势。
近年来,出于环境保护和清洁生产的考虑,使各国的铸造行业再次将注意力转向各种无机粘结剂方面,其中当然包括水玻璃。
应该说,水玻璃砂的应用又有了新的起点,这方面的研究工作还只是刚刚起步。
2003年GIFA展览会上,德国H.A.公司展出的新一代粘结剂Cordis4820,就是以改性硅酸钠为基础的。
水玻璃砂在我国铸钢行业中的应用,目前还是相当广泛的,前面提到的洛阳中信重工制造的重520吨的大型液压机横梁,就是采用水玻璃砂造型制成的。
但是,采用水玻璃砂的铸钢企业中,多数厂生产工艺还相当粗放,不符合当前形势的要求。
我国铸钢行业中,采用水玻璃砂造型的工艺方法主要有吹CO2硬化法、真空置换硬化法(以下简称VRH工艺)和有机酯自硬工艺。
早期广泛应用的快干工艺已基本上淘汰了,微波硬化工艺的应用还很少。
考虑到有机酯自硬工艺的应用比较稳定,问题不多,这里,只打算简单地说说吹CO2硬化法、VRH工艺和有关旧砂再生的问题。
1、吹CO2硬化工艺
吹CO2硬化的水玻璃砂,强度要比脱水硬化的低得多。
其所以仍被广泛采用,主要是因为用此法时砂型硬化快,可在硬化后脱模,现场使用非常方便。
从上世纪40年代末开始使用水玻璃砂以来,吹CO2硬化的工艺方法,一直是使用最广的方法。
但是,据我的一管之见,大多数工厂对吹CO2工艺都没有作过认真的分析和试验、研究。
我们采用吹CO2硬化工艺已经几十年了,还未见有人控制CO2的体积流量(以下简称流率)。
实际生产中,大多数铸造厂,CO2的利用率不到30%。
有的厂甚至不到20%,80%以上都白白地流失了。
既浪费物资,又向大气中排放了大量温室气体,这当然是很不合适的。
CO2的流率究竟低到什么程度为好,需要根据自己的情况去试验、研究,对数据进行分析后确定,因为现场的条件千差万别,很难推荐具体的数据。
这里,只能对基本原理作一点示性的讨论。
提到吹CO2硬化,很容易理解为用化学方式使水玻璃胶凝。
CO2不就是与水解硅酸钠中的氢氧化钠起作用,从而得到硅酸凝胶吗?
这样的看法是对的,但并不全面。
实际上,吹CO2过程中,既有化学作用,也有物理的脱水作用。
究竟何种作用占优势?
要根据不同情况作具体分析,不能一概而论。
CO2气体的露点很低,大约是-30℃。
所以,CO2气体是非常干燥的,其中含有的水分很少。
因此,吹CO2时,除了化学作用以外,必然还有使粘结膜脱水干燥的作用。
吹CO2的初期,CO2通过砂粒之间的空隙,与砂粒表面的粘结膜的外表面接触。
此时的情形如图1中的a),CO2与整个粘结膜的表面作用,粘结膜容易吸收CO2,而其中的水分则较不易逸出。
很快,粘结膜的外表面因CO2的作用而形成一层硅酸凝胶的网状结构,如图1中的b)。
在这种条件下,CO2分子进入粘结膜和粘结膜中的水分子逸出的通道都大为减少。
此时,何者占主导地位?
就得看气流流经砂粒表面的流速了。
图1水玻璃砂吹CO2的作用示意图
a)开始作用;b)网状结构形成后
(1)吹CO2时的流率对CO2吸收率的影响
当CO2气流流速较低时(即单位时间内吹过的CO2量少时),根据伯努利定律,CO2作用在硅酸凝胶网状结构上的压力较高。
在此情况下,CO2分子通过网的空隙进入粘结膜的机会就较多,粘结摸中的水分子通过网的空隙进入气流中的机会就较少。
因而,硅酸凝胶的发展以化学方式为主,同时也有脱水作用,但所占比例较小。
当CO2气流的流速较高时,CO2作用在网状结构上的压力较低。
此时,粘结膜中的水分子通过空隙跑到气流中的机会增多,就像喷枪中的气流将罐中的液体吸出来一样,CO2分子进入粘结膜的机会反而减少了。
在这种情况下,尽管吹了大量CO2,粘结膜的胶凝反而是以物理方式(脱水)为主,化学作用成了第二位的。
实际情况是不是这样?
有人通过一组实验予以验证。
配制型砂用粒度相当于40/70目的原砂,加入水玻璃(硅碱比为2,密度1.56)4%,用叶片混砂机混制4min。
在舂样机上将型砂制成直径28.5mm,高50mm的试样。
以不同的流率吹CO2,然后测定试样的CO2吸收量和水分蒸发量。
用不同的CO2流率,各吹100s和1000s,测得其对试样吸收CO2量的影响,见图2。
图2CO2吸收量与CO2图3水分蒸发量与CO2
流率的关系流率的关系
由图2可见,如吹气持续的时间不变,随着CO2流率的增高,CO2的吸收量不但不增加,反而会减少。
在CO2流率很高的情况下,吹气1000s时型砂吸收的CO2与吹100s时几乎没有什么差别。
低流率、长时间吹气时,吸收量最多。
CO2流率对水分蒸发量的影响如图3所示。
由图3可见,不管吹气时间如何,随着CO2流率的增大,脱水量都明显增大。
在吹气1000s的情况下,流率大于8L/min以后,因脱水程度已经较高,随着流率的增大,脱水量的增加不太明显。
所以,吹CO2时的流率是一个极重要的参数,而且,一个重要原则是要用低流速。
这是既合理又经济的办法。
(2)吹CO2时的工艺参数对水玻璃砂强度的影响
型砂中水玻璃加入量4%,制成直径28.5mm,高50mm的试样,在制样筒中以低流率(0.5L/min)使之硬化。
1)用低硅碱比水玻璃(硅碱比为2.0,水分为53.1%)时,吹气后的即时强度和存放不同时间后的强度如图4所示。
图4用低硅碱比水玻璃时型砂的强度
吹气30s的试样,吹气后即时强度比较低,但在此后的存放过程中强度不断增长。
这说明吹气过程中由化学方式形成的硅酸凝胶比较少,在存放过程中粘结膜失去水分而得到脱水硅酸凝胶。
存放两天以后,和环境大气条件平衡,强度趋于稳定。
吹气60s的试样,以化学方式形成的硅酸凝胶较多,表现在即时强度较高。
存放过程中,这种凝胶会因失水而降低强度。
同时,未起化学作用的水玻璃则因脱水而得到高强度的脱水硅酸凝胶。
两者相抵之后,总的强度仍不断有所提高,在两天之后趋于稳定。
吹气150s的试样,以化学方式形成的凝胶更多一些,即时强度比60s的还要高一点。
存放过程中两种作用大致相抵,表现得强度基本不变。
吹气300s的试样,以化学方式形成的凝胶占忧势,在存放过程中,因脱水而失去的强度,多于以物理方式硬化而增加的强度,总的强度是随脱水程度而逐渐降低。
也在两天之后趋于稳定。
图中虚线部分,试样表面松脆,这样的铸型或芯子是不能使用的。
2)水玻璃的硅碱比为2.5,水分为53.4%时,试样的强度变化情形如图5所示。
图5用中等硅碱比水玻璃时型砂的强度
吹CO2的作用可以认为是提高水玻璃的硅碱比,所用水玻璃的硅碱比提高以后,型砂需要的CO2量就相应地减少。
将图4和图5对比之后,可以清楚地看到这一点。
吹气150秒的试样,在贮存过程中强度即有下降的趋势。
其他情况,可通过对比图5和图4进行分析。
3)水玻璃的硅碱比为3.2,水分为63.8%时,试样强度变化的情形如图6所示。
图6用高硅碱比水玻璃时型砂的强度
吹气7s后的试样,在存放过程中强度略有提高,但强度的最高值比用低硅碱比水玻璃时低得多,而且,存放时间较长时,强度趋于下降。
吹气时间增到14s后,即可见存放期间强度明显下降。
吹气后保存24h以上,强度即降低到不能使用的程度。
吹气21s以上,即时强度仍保持一般水平,这反映了由化学方式得到的硅酸凝胶的强度。
但在存放过程中强度急剧下降,这是由硅胶脱水造成的,说明以物理方式形成的硅酸凝胶很少。
由上述情况可见,用高硅碱比水玻璃时极易出现吹气后强度很低的情况,应特别注意吹气时间的控制。
(3)对吹CO2硬化工艺的综合看法
在分析了上述三种情况之后,我们可以归纳成以下几点看法:
1)水玻璃的硅碱比越低,达到同样硬化程度所需的二氧化碳越多。
2)水玻璃的硅碱比越高,型砂硬化越快,但所能达到的强度也越低。
3)不管水玻璃的硅碱比如何,吹气后的即时强度都比较接近。
4)采用低硅碱比的水玻璃,并采取正确的吹气作业,型砂的强度可以是用高硅碱比水玻璃时的10倍以上。
5)水玻璃硅碱比不变.吹气作业合理时,型砂强度可以比吹气不当的型砂高几十陪。
由此可见控制吹气参数的重要。
6)高硅碱比水玻璃不宜采用吹二氧化碳硬化工艺。
如果由于种种原因必须这样做的话,即使吹气控制得很好,铸型或芯子的存放期也要尽量缩短。
7)所谓“过吹”,实际上是以化学方式形成的凝胶占优势,吹气以后由于这种凝腔脱水而使型砂的强度下降。
8)即使采用吹二氧化碳硬化法,也不能以化学方式为主,吹气到型砂有脱摸和搬运所需的强度后,就不能再吹。
然后让铸型或芯子自然干燥或烘干,得到脱水硅酸凝胶。
这就是正确应用吹气硬化工艺的基点。
(4)改进吹CO2硬化工艺的途径
目前,改进主要体现在三个方面,即:
吹气量减少、吹气作业的严格控制和力求提高吹气硬化的效率。
1)化学方式和物理方式联合运用
现在,已经很少有人采用纯化学方式的吹气硬化法了。
吹二氧化碳不过是得到脱模强度的辅助手段,主要靠物理方式得到脱水硅酸凝胶。
用化学方式得到的硅酸凝胶,一般不希望超过15%,这种凝胶所占的比例是可以用化学方法测定的。
吹气后的即时强度,一般说来,以抗压强度为200kPa左右为宜,不能太高。
美国一家铸造铁道车辆零件的铸钢厂,1978年建成了一个全部采用水玻璃砂的制芯工部。
所有的芯子都由自动定时的吹气装置吹二氧化碳,脱模后经过一个直通式的炉子进行脱水处理。
恒温为200℃,通过时间为几分钟,并可视芯子大小予以调整。
由于水玻璃加入量只有4%,而且其中有1/4的水玻璃中加有高分子聚合物,芯子落砂没有什么困难。
该厂年产铸钢件约25000t。
最初,采用吹二氧化碳法是为了代替烘干,现在又回到烘干。
但是,这并不是倒退,而是螺旋式地前进了,事物发展的规律往往如此。
2)严格控制吹气时间和气流速率
由于影响吹气条件的因素太多,关于吹气时间,吹气时CO2的流率和压力,不可能给出具体的建议。
这些参数要根据各自的条件通过试验确定。
但是,一经确定之后,就应由相应的测试仪器来严格控制,以求在生产上得到稳定的结果。
3)采用适当的吹CO2器具
除上述两方面以外,对于生产现场来讲,采用合理的器具也是十分重要的。
目前,不少铸造厂采用吹气罩吹CO2,如车间设置有固定的吹气站,密封及尾气排放都有妥善的考虑,当然会有很好的效果。
但是,这种方法缺点很多,首先是加罩以后接合处不可能密封得很好,二氧化碳损失很多,其次是气流分布不匀,铸型或芯子的硬化也就不均匀,当模具上未装通气塞或通气塞装设不适当时尤为明显。
使用吹气罩时,要特别注意解决这些问题。
插通气管吹CO2是使用最广的方法,可以用直通管,也可用封头的多孔管,如图7所示。
在设计及安置吹CO2器具时,为使CO2分布均匀,应考虑两个特点:
CO2比空气重,通常都有向下运动的倾向;气流会自动走向阻力最小的途径。
插吸气管时,管外壁与砂型之间会有间隙,对于CO2来讲,这是阻力最小的途径,很容易由此处外逸,所以应该在管子上端装挡板,插管时,让其与铸型(芯)外表面紧密接触,见图7。
图7插管吹气装置示意图
a)直通管;b)封头多孔管
用直通管吹气时,如CO2流率高,则其流向如图4-21a)中的①,流率低则如②。
直通管还有一个缺点,即管中容易堵砂。
用封头多孔管吹气,气流的分布比较均匀,如装设得当,可比直通管省CO230%。
钻吹气小孔时,宜使小孔的总面积小于管子的截面积。
2、VRH工艺
真空置换硬化工艺的要点是:
铸型制成后,先将其置真空室中抽真空以排除砂粒之间的空气,然后导入CO2,使其弥散于砂粒之间,置换原来由空气占据的位置。
水玻璃粘结砂,只要脱除水玻璃中的自由水,就可以使其具有很高的强度。
以不同方式进行的大量试验工作,如自然干燥、加热烘干和真空脱水等,都证明了这一点。
在对真空脱水硬化工艺进行进一步的研究时,逐步认识到:
真空脱水虽然能使水玻璃粘结砂具有很高的强度,但也随之产生了不少新的问题,这些问题得不到解决,真空脱水硬化工艺就不可能在生产中应用。
可以说:
真空置换硬化工艺是为了解决真空脱水硬化工艺的问题而提出的。
(1)真空脱水硬化工艺的优点和问题
以真空脱水的方式使水玻璃粘结砂硬化,可以在减少水玻璃加入量的条件下得到相当高的强度。
从以下的一组试验,可以得到比较具体的印象。
用97%的40/70目硅砂,加3%的水玻璃(硅碱比2.1)配成型砂,制成φ50×50的标准试样。
将试样置真空箱内,于0.66kPa的真空度下保持不同的时间,以得到不同的脱水程度。
经设定的保持时间后,向真空箱内导入干燥空气,恢复常压后取出试样,立即测定其抗压强度。
测定结果见表2。
表2试样经不同程度脱水后的即时强度
在真空箱内保持的时间(min)
3
5
10
15
20
30
抗压强度(MPa)
0.50
1.12
2.58
3.98
4.72
>5.00
由表2中的数据可见,随着脱水程度的增加,试样的强度大幅度提高。
粗看起来,真空脱水硬化作业很方便,而且硬化后的铸型强度很高,但是,实际上却存在一些难以解决的问题,如:
1)在脱水过程中,砂型因水分蒸发而急剧降温,处理完毕后铸型的温度很低,往真空箱内导入空气恢复常压时,必须用经脱水的干燥空气,否则,空气中的水蒸汽会在低温的砂型中凝聚,导致强度大幅度下降;
2)处理的初期,水玻璃中的水分较易于脱除,以后,随着铸型温度的降低,水玻璃的粘度增高,脱水也就越来越困难,靠真空使其完全脱水是不可能的;
3)真空处理后,即时测定的强度很高,其中包含着水玻璃粘结膜因温度降低而粘度增高所造成的假象。
放置过程中,温度逐渐恢复,强度就会有所降低。
因此,单纯的真空脱水硬化工艺难以在生产条件下应用。
(2)用CO2置换空气的考虑
向水玻璃粘结砂中吹CO2,能使其很快硬化。
但是,用常规吹CO2工艺硬化时,由于砂粒之间的空隙充满了空气,CO2难以在砂型中充分弥散,CO2的利用效率很低,浪费很大。
而且,型砂中水玻璃加入量很高,导致落砂性能恶化,旧砂再生非常困难。
采用真空脱水硬化工艺,能使型砂中水玻璃用量大幅度降低,也不需要CO2,但却带来了上述问题。
如果先抽真空使型砂部分脱水,然后在较高的真空度下导入CO2,这样,就同时兼有两种硬化作用。
而且,CO2气体中水分极少,导入CO2时砂型不会有水蒸汽凝聚的问题。
VRH工艺的硬化过程是:
将制成的砂型置真空室内,启动真空泵,室内达到规定的真空度后,保持几秒钟,或不保持。
随即以CO2代替空气导入真空室,使室内压强提高到另一规定值,保持40s左右,使CO2在砂型中弥散。
然后,导入大气中的空气,使室内恢复常压,处理过程即告终了。
处理过程的特点如下:
1)因为要以CO2置换砂粒之间的空气,所以处理所用的真空度较高,以便更多地排除空气;
2)不要求以真空脱水的方式脱除太多的水,所以达到规定的真空度后只需保持很短的时间,或不保持。
而实际上也还有部分脱水硬化的作用;
3)在较高的真空度下送入CO2,很容易在砂型中弥散,其与水玻璃的接触界面大为增加,有很好的硬化效果;
4)由于在真空下保持的时间短,脱水较少,砂型的温度不会太低,导入CO2处理终了后,可用大气中的空气使室内恢复常压。
硬化后的砂型,在作业地点放置期间也不致因吸收水分而明显降低强度。
(3)强度的比较
同样配比的水玻璃砂,采用VRH工艺与用真空脱水硬化工艺相比,处理后的即时强度前者略高于后者,随着处理后放置时间的延长,两者强度的差别就更为明显。
这说明:
用VRH工艺,已使真空脱水硬化工艺存在的问题得到了解决。
仍用97%的40/70目硅砂、3%的水玻璃(硅碱比2.1)配成型砂,制成φ50×50的标准试样。
采用不同硬化工艺得到的即时强度和放置不同时间后的强度见表3。
两种工艺的硬化条件见表4。
表3试样硬化后经不同放置时间后的强度(MPa)
硬化工艺
试样硬化处理后放置的时间(h)
即时
1
2
3
5
24
真空脱水
1.12
1.00
1.05
1.15
1.53
2.30
VRH
1.37
1.55
1.74
1.42
2.06
4.78
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