淺談造型材料對鑄鋼件質(zhì)量的影響及對策

于 江

（中車齊齊哈爾車輛有限公司，黑龍江齊齊哈爾 161002）

1 型砂

就鑄鋼件行業(yè)來講造型材料消耗最大的就是砂，其中以型砂使用量最為龐大。為節(jié)約成本，大多數(shù)鑄造企業(yè)都開始使用再生舊砂。再生舊砂既可以大量減少舊砂的排放，又可以節(jié)約新砂的使用量，可有效改善環(huán)境和成本兩個關(guān)鍵指標。

型砂一般指的是造型時使用的混制完成的砂，是由鑄造用原砂、再生舊砂、型砂粘結(jié)劑等造型材料按照一定比例充分攪拌混合，以達到相應的初始強度、終強度。其中原砂主要分為兩大類，一種是常規(guī)使用的硅砂，另一種是特種砂，例如鉻鐵礦砂、鋯砂、寶珠砂等。

1.1 原砂

原砂即為鑄造用硅砂，也俗稱新砂，其主要成分為SiO2，SiO2含量是衡量原砂質(zhì)量的主要指標，是決定原砂耐火度的主要因素，若作為背砂使用，對原砂耐火度要求SiO2≥93%即可。在我們企業(yè)中原砂作為面砂使用，為了保證原砂有足夠的耐火度，面砂需選擇SiO2≥96%的高質(zhì)量原砂。其余質(zhì)量參數(shù)指標包括含水量、含泥量、灼減量、酸耗值、粒度（三篩/四篩組成）、微粒（大于140 目）含量、角形系數(shù)等，均根據(jù)企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)特點、生產(chǎn)成本及生產(chǎn)鑄件的質(zhì)量要求等執(zhí)行企業(yè)標準。其中原砂的粒度也是重要指標，結(jié)合我們企業(yè)鑄件產(chǎn)品特點和質(zhì)量要求，選取40～70 目集中度90%的原砂。

特種砂也是原砂的一種，現(xiàn)在廠內(nèi)大量使用的特種砂有鉻鐵礦砂和鋯砂兩種。一些鑄件在熱節(jié)部位容易產(chǎn)生缺陷影響鑄件的驗收和交出，造型、制芯時在對應位置加入特種砂可以改善鑄件的表面質(zhì)量，避免關(guān)鍵部位缺陷的產(chǎn)生。

例如搖枕斜楔芯圓角部位采用的鋯砂、側(cè)架小導框芯采用的鉻鐵礦砂都是為了改善鑄件的表面、內(nèi)部質(zhì)量。除上述兩種特種砂外，寶珠砂作為特種砂也在很多鑄造企業(yè)得到廣泛應用。

1.2 再生砂

造型是鑄造生產(chǎn)過程中最重要的環(huán)節(jié)之一，與鑄件質(zhì)量息息相關(guān)，而型砂更是造型過程中最重要原材料。但型砂使用量過大、廢砂排放成本也是十分龐大。結(jié)合成本問題，絕大多數(shù)鑄造廠在造型過程中均使用再生砂。為了保證砂型質(zhì)量，再生砂使用量一般隨著氣候季節(jié)的變化而變化，新砂加入量占比見表1。

表1 不同季節(jié)新砂加入量

當然新砂占比并不絕對，根據(jù)當日具體氣溫也應作出相應的調(diào)整。在日常工作中每天對型砂質(zhì)量的監(jiān)控也是重中之重。如果砂型表面浮砂多、涂料涂刷后內(nèi)部顆粒密集則在鑄件表面容易產(chǎn)生粘砂，相應的改善砂型硬化速率是有效改變鑄件表面質(zhì)量的方式之一。

再生砂的兩個主要參數(shù)為微粉含量和灼減量。再生砂的微粉含量指140 目以下的型砂顆粒含量的總和。微粉含量高，不僅會增加固化劑的加入量，同時會導致型砂的硬化性差、透氣性差、強度低等問題，同時會給鑄件帶來憋氣、粘砂、氣孔、沖砂、夾渣等缺陷。灼減量是對舊砂中殘存的粘結(jié)劑膜等有機物的度量。灼減量與發(fā)氣量呈直線關(guān)系，過高的灼減量會增加型砂的發(fā)氣量,一般來說，灼減量超過3% 就會導致鑄件表面產(chǎn)生氣孔等缺陷。所以在鑄造生產(chǎn)過程中要嚴格控制再生砂灼減量。

針對這種生產(chǎn)中產(chǎn)生的缺陷，最直接的方式就是降低再生砂的微粉含量。結(jié)合現(xiàn)場的設(shè)備和生產(chǎn)情況，對批量缺陷進行針對改善，在允許范圍內(nèi)調(diào)整新舊砂比例可有效的降低微粉對砂型的影響，從而減少鑄造缺陷。

2 型砂粘結(jié)劑

單純的原砂是沒有結(jié)合強度的，需要加入粘結(jié)劑進行混合、反應以達到要求強度。根據(jù)不同的生產(chǎn)條件及生產(chǎn)工藝，有多種多樣的粘結(jié)劑應用在生產(chǎn)中：粘土、油、呋喃樹脂等。我公司原砂多采用海城砂、通遼砂、大漠砂，采用水玻璃做粘結(jié)劑，是典型的水玻璃砂鑄造。

圖1 鑄件氣孔缺陷

圖2 鑄件嗆空缺陷

在材料一定的情況下砂型的強度主要決定因素是水玻璃的參數(shù)和加入量的變化。砂型強度不足、硬化速度慢容易沉箱，生產(chǎn)出的鑄件壁厚上下不均，產(chǎn)生厚大飛邊。如果鑄件沉箱在清理工序可以直觀的看到，針對沉箱情況調(diào)整水玻璃加入量、硬化時間可以有效地解決問題。

清鏟落砂對于生產(chǎn)大型箱體類鑄件尤為重要，鑄件內(nèi)腔砂芯清理難度大，因而對于芯砂的潰散性要求較高，而砂芯的強度過低又不利于儲存、運輸、使用。在混砂時，砂型強度隨著水玻璃的加入量增加而增加，水玻璃加入量與砂型強度見表2。

表2 不同水玻璃加入量對應1h/8h 抗拉強度

為了保證生產(chǎn)順利進行，應保證制芯、下芯、澆鑄過程中砂芯的強度，同時也要注重清鏟難度。因此，水玻璃加入量在保證砂型強度前提下應盡可能的降低，結(jié)合現(xiàn)場應用情況應保持在2.7%～3.5%之間。

3 涂料

在鑄造過程中鋼水澆鑄溫度高、硅砂的耐火度不足，直接接觸硅砂會使型砂燒結(jié)，嚴重的甚至變?yōu)椴Ａw，在型腔表面涂刷涂料是較為常見的解決方式之一。

涂料主要由耐火骨料、載體、懸浮劑、粘結(jié)劑和添加劑等組成。其中耐火骨料為涂料的主要工作成分，靠耐火骨料提高耐火度、高溫穩(wěn)定性、導熱性，使鋼水不與砂型發(fā)生反應、避免化學粘砂。

涂料的物理性能參數(shù)包括密度、固體含量、成分、懸浮性、粘度等，工藝性能參數(shù)包括滲透性、流平性、涂刷性、不流淌性等，工作性能參數(shù)包括波美度、涂層耐磨性、涂層厚度、發(fā)氣性、涂層烘干抗裂性、高溫熱爆抗裂性、抗粘砂性等。其中密度的大小反映涂料含固量的高低，對涂料的工藝性能和工作性能都有很大的影響。密度太小，涂料中耐火粉料含量不足，涂料抗流淌性差，不易涂掛和形成所需的涂層厚度，起不到保護支撐和隔離的作用，烘干時涂層收縮大容易開裂。而密度太大，則條件粘度就越大，滲入砂型就越淺，同時涂掛后的涂層厚、流平性差，導致涂料堆積，烘干時涂層內(nèi)外受熱不均勻容易開裂。涂料的密度也是日常監(jiān)測涂料性能的主要指標。

下圖3 為相同部位采用不同涂料涂刷后表面質(zhì)量差異，可以明顯看出適當密度、粘度的涂料涂刷后表面光滑細膩、無流墜產(chǎn)生。

圖3 涂料涂刷表面質(zhì)量

4 結(jié)論

（1）砂型中如果再生砂灼減量過高鑄件就會產(chǎn)生氣孔等缺陷，嚴格控制灼減量是控制再生砂的關(guān)鍵。

（2）型砂粘結(jié)劑對砂型質(zhì)量也至關(guān)重要，加入量不足會使砂型強度達不到使用要求，會產(chǎn)生砂眼、變形等缺陷。加入量過高不僅會導致成本浪費，灼減量增加，同時也會增加鑄型的發(fā)氣量，會導致鑄件產(chǎn)生氣孔等缺陷，在強度允許的情況下應控制加入量。

（3）涂料的質(zhì)量與鑄件表面質(zhì)量息息相關(guān)，稍有不慎鑄件就會出現(xiàn)粘砂及夾雜等缺陷，密度、涂層厚度、波美度參數(shù)控制是生產(chǎn)過程中確保涂料質(zhì)量的重要指標。

（4）鑄造生產(chǎn)過程比較復雜，過程操作影響因素較多，同種缺陷可能是不同因素造成的，甚至是多種因素共同影響。分析鑄件缺陷時，需要綜合考慮各方面因素，才能為鑄造生產(chǎn)中的質(zhì)量改進提供有利的依據(jù)。