1、咲喃樹脂自硬砂對球墨鑄鐵鑄件質量的影響表1原鐵液化學成分及球鐵最終成分成分C匚S匚MnP匚SREMgCu原鐵液3.781.210.420.0500.028終成分2.310.440.0520.0200.0200.0560.51(2) 試塊尺寸共有四種：50mm< 50mm< 50mm模數 M=0.83cm), 75mmX 75mm<75mm模數 M=1.25cm), 100mmX 100mrm< 100mm模數 M=1.66cm), 200mmX200mM 200mm模數M=3.33cm)。每種試塊均同時制作咲喃樹脂自硬砂型和粘 土砂干型兩種鑄型，并用同包鐵液澆注。(3)

2、 型砂及造型粘土砂配料成分為：20衢砂，80%回用砂，1.5%陶土，2.5%白泥。咲喃樹脂 自硬砂用100%回用砂配制，咲喃樹脂加入量為1.5%,硬化劑對甲苯磺酸的加入量為樹脂量的100%沒有加入新砂以及有意加大樹脂和硬化劑加入量的 目的是有意提升砂型的含硫量，以便咲喃樹脂自硬砂對球鐵質量的阻礙更明 顯)，這種砂型的實測含硫量為 0. 50%。造型均為手工造型，粘土砂型在澆注前通過烘干，咲喃樹脂自硬砂型自行硬化，不烘干。兩種鑄型均不刷涂料，使鑄型表面直截了當與鐵液接觸。(4) 凝固時刻測量方法在鑄型中部插一根石英管，直低試塊心部，將熱電偶塞入其內，使熱電偶焊 點正好處在試塊心部；偶絲的尾端用補

3、償導線與帶長圖記錄儀的電子電位差 計連接，用以繪制凝固曲線，然后在凝固曲線上讀取凝固時刻。4.實驗結果及討論:(1)凝固時刻-各種試塊的測量結果列于表1 ,并用對數坐標繪成曲線。由表 1能夠看出：各種尺寸的試塊在自硬砂鑄型中的凝固時刻均比在粘土砂干型 中的凝固時刻長，而且隨著試塊尺寸增大差別逐步增大，隨著試塊尺寸變小 差別減小。這一結果講明自硬砂的散熱速度比粘土砂緩慢。在對數坐標上， 各數據點幾乎呈直線分布，偏離度甚小。因此，能夠將曲線外延來估量模數 更大或更小的鑄件的凝固時刻。試塊尺寸(mm)50X 50X 5075X 75X 75100X 100X 100200X 200X 200模數M(

4、cm)0.831.251.663.33呋喃自硬砂型鑄造凝固時刻(min)3.38.915.872.8粘土砂干型鑄造凝固時刻(min)2.86.912.552(2)顯微組織-對 100mM 100mm< 1OOmn和 200mm< 200mm< 200mn兩種試塊取樣進行了顯微組織檢查。結果如下: 100mm方塊顯微組織-見表2.表3.能夠看出，粘土砂試塊表面和心部 球化都正常；自硬砂試塊底面有厚度 0.5m m的不球化層，講明球化已受到阻 礙，但不算嚴峻。表2 .粘土砂干型試塊顯微組織(100mm方塊)取樣部位球化率(級)石墨大小(號)球光體量(%)磷共晶+碳化物(%)鐵素體

5、(%)底面邊角228085少量余量心部337080少量余量底部中心227585少量余量表3.咲喃樹脂自硬砂試塊顯微組織（100mm方塊）取樣部位球化率（級）石墨大小（號）講明底面邊角3底面中心底面表層（深約0.5mm）為細片狀石墨，最表層肌體為珠光體，接著是鐵素 體，然后進入正常區（球化率3級，珠光體量約50%，磷共晶和碳化物少量， 其余為鐵素體）。側面未發覺不球化面。心部33球化良好，珠光體60%70% ，磷共晶+碳化物少量，余為鐵素體。底面中心3底面中心底面表層（深約0.5mm）為細片狀石墨，基體為珠光體，接著是一層鐵素體， 然后進入正常區（球化率3級，珠光體75%，少量磷共晶和碳化物，余

6、為鐵 素體）。 200mm方塊顯微組織-見表4.表5.能夠看出，粘土砂試塊表面和心部 球化都正常；自硬砂試塊底面有厚度為 5mmt勺夾渣層，石墨全部不球化；緊 接著是厚度0.5mm的過渡層，石墨呈蠕蟲狀+少量球狀，然后是正常球化區。 這一情形講明，隨著試塊尺寸增大，凝固時刻延長，鐵液浸泡鑄型時刻延長, 型砂中的硫已滲入鑄件表層，因而使球化受到破環。表4 .粘土砂干型試塊顯微組織 （200mm方塊）取樣部位球化率（級）石墨大小（號）講明底面邊角22球光體量約75%，磷共晶和碳化物少量，余為鐵素體。石墨呈球狀，無 球化不良跡象。心部34珠光體量80%，（磷共晶+碳化物）1%，余為鐵素體。無球化不良

7、跡象。表5.咲喃樹脂自硬砂型試塊顯微組織（200mm）取樣部位講明底面邊角表面約5mm 為夾渣層，夾渣的鄰近區石墨呈片狀，珠光體量約30%，余為鐵素體-約0.5mm 深的半球化層（石墨呈蠕蟲狀+個別球狀，珠光體約 5%，余為鐵素體）-正常球化區，球化量2-3級，石墨 大小2級，珠光體85%，磷共晶和碳化物少量，余為鐵素體。心部球化量3-4級，石墨大小3-4級，珠光體85%，（磷共晶+碳化物）1%，余為鐵素體。無球化不良跡 象。 表面加渣檢查-將100mn和200mn兩組方塊垂直剖開，在剖面上做硫印 檢查夾渣情形，結果100mn組的兩種試塊都沒有發覺夾渣；但 200mn組的兩 種試塊均發覺有比較

8、明顯的夾渣，如圖 4所示。其中粘土砂干型試塊底面和 側面均無夾渣，僅其頂面有分布不平均的夾渣， 薄處2-3mm最深處約為5mm 這些夾渣明顯是鐵液本身所含硫化物形成，在試塊凝固前上浮至頂面所致。咲喃樹脂砂試塊的頂面、底面和側面下部均有明顯夾渣層。其中頂面的夾渣 也是鐵液本身所含硫化物形成，夾渣層厚度較平均，均為2-3mm可能是由于鑄件冷卻速度較慢，渣子有充分時刻上浮的緣故。底面和側面下部的渣層 又濃又黑，講明其含硫量專門高，從其部位來看，明顯是由于表層型砂向鑄 件滲硫所致。由于底面和側面下部被鐵液浸泡的時刻較長，因此在這些部位 容易發生滲硫；其它部位被鐵液浸泡的時刻較短，因此沒有發生滲硫；同樣

9、 道理，尺寸較小的石塊由于凝固時刻較短，鐵液浸泡時刻也較短，因此沒有 發生滲硫，也就可不能引起滲硫夾渣。上述結果表明，咲喃樹脂砂對球墨鑄件的表層組織可能會有不良阻礙，要緊 是引起表層夾渣和球化不良，但這種阻礙一樣只限于厚大件，對薄、小件阻 礙較小或者沒有阻礙。在本試驗中，為了使咲喃樹脂砂的不良阻礙更明顯， 所采納的舊砂配加量、樹脂和硬化劑加入量均遠遠超過實際生產使用的加入 量，因而型砂的含硫量高達0.5%，而且鑄型表面沒有刷涂料，使鐵液直截了當與型砂接觸，如果按照實際生產所采納的配方（加入一定數量的新砂，樹脂加入量1.0%左右，硬化劑加入量為樹脂量的 40%-50%型砂的含硫量將大 幅度降低，

10、加上鑄型表面刷涂料（最好是致密度較高的涂料，如鋯英粉涂料）， 其不良阻礙將會明顯縮小，或者能夠完全幸免。圖4如伽m方塊的婆苗和握凹情觀 縮孔、縮松情形-此次試驗沒有專門對此項目進行深入研究，但在各組試塊解剖（包括力學性能取樣）過程中，也順便檢查有否縮孔和縮松缺陷，結 果是？lt;1 所有試塊均未發覺內部縮孔，縮松；2尺寸較小的石塊均為發 覺表面縮凹，但在200mn組兩種試塊的頂面均有表面縮凹；其中粘土砂試塊 的縮凹深度約為5mm自硬砂試塊的縮凹深度較小， 只有3mn左右，縮凹面積 也比粘土砂試塊小（參看圖4）。對此情形作如下解析：小試塊由于液態收縮 量相對較小，所需補縮鐵液能夠由澆注系統供給，

11、所有沒有發生縮凹；200mm大試塊的液態收縮量要大得多，凝固時刻也長得多，當其液態收縮尚未完成 時，澆注系統已先凝固，停止供給鐵液，因此發生縮凹。至于為何自硬砂試 塊縮凹比粘土砂試塊小，能夠引用 S.LKarsay提出的球鐵冷卻和凝固過程體 積變化模式示意圖（見圖五）進行講明：高溫的鐵液澆注入鑄型后，第一發生 液態收縮，體積持續減少，當溫度降低到一定值后，由收縮變為膨脹；接近 凝固終點時，體積變化又轉為收縮 （二次收縮 ） ，然后凝固。按照冷卻速度、 化學成分和工藝條件的不同， 體積變化的模式可分為 A（液態收縮、膨脹和二 次收縮都較小）B（液態收縮、膨脹和二次收縮都略為增大）和C（液態收縮、

12、膨 脹） 三種類型。冷卻速度減緩與通過調整化學成分或工藝調整一樣能夠增大 石墨化傾向，有利于使體積變化模式按 C-B-A方向變化，亦即使液態收縮， 其后的膨脹以及二次收縮變小，因而能夠減少收縮和縮凹傾向。平田繼郎等 人的研究認為：由于鑄件在呋喃樹脂砂型內凝固時刻較長，因此適合于無冒 口鑄造的鑄件最小模數為2.0cm，比粘土砂型無冒口鑄造要求的最小模數 （2.5cm） 小。或者講：呋喃樹脂砂更適合于小規模鑄件無冒口鑄造。至于上 文所提到的三家工廠采納平澆豎冷或斜冷時遇到的鑄件外形漲大、內部縮松 和性能降低咨詢題，可能一方面是這三家廠的鑄件差不多上比較厚大的鑄件 （厚度為70mm-150mm,量4

13、00kg-2800kg），鐵液壓力較大，浸泡鑄型時刻也 較長；另一方面，由于咲喃樹脂在 500 C左右發熱分解，使型砂強度急劇降 低，如果澆注后鑄型保持靜止不動，型腔表層尚可不能潰散，也就可不能引 起鑄件漲大而導致縮松；如果澆注后翻動鑄型，就有可能引起型腔表層潰散 而引起鑄件外形漲大，導致內部縮松和性能下降，至于中、小鑄件澆注后是 否能夠平移鑄型 （ 例如在流水線上澆注 ） ，可能與鑄件厚、薄 （ 凝固速度快、 慢） 和移動時受力大小有關，尚有待做進一步研究，但最好是幸免受到強烈 沖擊，還應指出，由于自硬砂散熱速度緩慢，不管是大型件依舊中、小件， 在散熱困難的熱節部位，應注意采納適當措施 （如

14、安放冷鐵 ）強化鑄件表層冷 卻，使熱節表層盡快凝固結殼，防止其外形漲大引起縮松。模式(示意圖)鑄型材料取樣部位抗拉強度/MPa伸長率%備注呋喃樹脂砂棱邊6527.8斷口無缺陷呋喃樹脂砂心部6103.6斷口無缺陷黏土砂干型棱邊6708.6斷口無缺陷黏土砂干型心部5603.2斷口無缺陷圖5灰鑄鐵和球鐵液態冷卻和凝固過程圖6力學性能取樣部位的體積變化 鑄態力學性能-考慮到鑄型材料的差別對薄小件的阻礙可能不明顯，僅 對尺寸最大的200mnffl試塊作檢查，取樣部位見圖 6，結果如表6所示。由 于表面不正常組織深度專門淺，沒有進入拉力試棒斷口，心部組織亦未受到 阻礙，故從表6的數據看不出咲喃樹脂砂型對力

15、學性能有不良阻礙。5.結論按照試驗結果，能夠作出如下結論:(1) 球鐵鑄件在咲喃樹脂自硬砂中的凝固速度明顯比在粘土砂干型中的凝固 速度緩慢，因此，用自硬砂生產薄壁球鐵件有利于防止澆不足和表面白口，有利于改善加工性能；(2) 自硬砂含硫量高時，鑄型可能會向鑄件 (特鐵是厚大件 ) 表層(專門是底面 和側面下部 ) 滲硫，因而會在鑄件表層形成硫化物夾渣層，而且對鑄件表層 球化有一定的破壞作用。在實際生產中，應通過操縱回用砂配加量和減少樹 脂和硬化劑加入量來盡量降低型砂的含硫量，鑄型表面涂刷致密度高的涂 料，防止鑄型向鑄件表層滲硫；(3) 在本試驗所采納最大的試塊中，尚未發覺由于自硬砂冷卻速度慢而引起 鑄件心部球化衰退而且由于鑄型在澆注后保持靜止不動，未曾發