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        超聲改性水玻璃及水玻璃型(芯)砂性能的改善

        2012-03-20 07:18:08劉凡
        科技視界 2012年13期
        關(guān)鍵詞:型砂水玻璃改性

        劉凡

        (陜西重型機(jī)械制造有限公司 陜西 西安 710032)

        0 前言

        由于水玻璃砂具有造型精度高,價(jià)格較低,來(lái)源廣,使用方便,無(wú)環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn),在鑄鋼件及鑄鐵件的生產(chǎn)中,水玻璃具有廣泛的應(yīng)用。但是,水玻璃砂的潰散性差,即時(shí)強(qiáng)度低及再生效果差、嚴(yán)重阻礙了其應(yīng)用范圍的擴(kuò)大。70年代末,國(guó)內(nèi)外學(xué)者就對(duì)水玻璃的化學(xué)改性進(jìn)行了大量研究,取得了一定進(jìn)展,但依靠化學(xué)改性并不能完全解決水玻璃砂所存在的問(wèn)題。近年來(lái)國(guó)內(nèi)研究表明,對(duì)于水玻璃進(jìn)行超聲改性,能提高σ干拉,但對(duì)于水玻璃砂的其他性能究竟影響怎樣?合適的超聲處理時(shí)間怎樣?在改性基礎(chǔ)上加入附加物對(duì)其性能有何影響,均未見(jiàn)報(bào)導(dǎo),對(duì)此進(jìn)行研究,有一定現(xiàn)實(shí)意義。

        1 試驗(yàn)條件及測(cè)量指標(biāo)

        圖1 水玻璃超生改性裝置簡(jiǎn)圖

        1.1 水玻璃的超聲處理

        將超聲波發(fā)生器的磁玫伸縮桿直接插入盛有水玻璃的容器中(見(jiàn)圖1),超聲波頻率范圍為16~20kHz,功率為30W,盛有水玻璃的容器、每次處理水玻璃的量固定;用改性水玻璃配制水玻璃砂,制樣、測(cè)量其性能。

        1.2 測(cè)量指標(biāo)及測(cè)試方法

        1.2.1 濕強(qiáng)度:測(cè)定σ濕壓、σ濕拉,反映常溫自然硬化場(chǎng)合下的造型性能,統(tǒng)一測(cè)量常溫下放置5小時(shí)的性能。

        1.2.2 干強(qiáng)度:測(cè)定σ干壓、σ干拉、σ干剪,測(cè)量試樣在預(yù)熱250℃的烘爐中,保溫1小時(shí)冷卻后的性能。

        1.2.3 潰散性能:以試樣在1000℃的烘爐中,保溫半小時(shí)冷卻至室溫的高溫殘留抗壓強(qiáng)度σ殘壓表示,并實(shí)澆鑄件,以清砂結(jié)果為根據(jù)實(shí)驗(yàn)。

        σ干壓采用萬(wàn)能液壓試驗(yàn)機(jī)測(cè)定,其它性能采用SQY液壓強(qiáng)度試驗(yàn)儀測(cè)定。

        1.3 制樣

        采用三錘緊實(shí)法制作標(biāo)準(zhǔn)試樣。測(cè)量三個(gè)試樣值,取算數(shù)平均值代表測(cè)量性能值。

        1.4 原材料

        原砂用大林4S55/100(O—口)擦洗砂,水玻璃:模數(shù)2.4,比重1.41g/cm3。

        2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

        2.1 水玻璃超聲處理時(shí)間的確定

        圖2 水玻璃砂的性能與超聲處理時(shí)間的關(guān)系

        圖2是不同超聲處理時(shí)間下,原砂100%+水玻璃8%+水5%配制的水玻璃砂的各種性能測(cè)量結(jié)果,由圖可見(jiàn):

        2.1.1 水玻璃的合適超聲處理時(shí)間為60分鐘,在該時(shí)間下,與未改性水玻璃砂相比,超聲處理使水玻璃砂濕強(qiáng)度提高顯著,同時(shí)也能使水玻璃砂的干強(qiáng)度提高。對(duì)于σ干拉提高30%,σ干壓提高41%,σ干剪提高50%。

        2.1.2 超聲處理可使水玻璃砂的高溫殘留強(qiáng)度降低 30%~ 40%,從而改善其潰散性。

        分析:超聲處理使水玻璃砂濕強(qiáng)度及干強(qiáng)度提高是由于:

        (1)超聲處理可使水玻璃縮聚的聚硅酸膠粒重新解聚,使水玻璃的粘度降低,型砂混合均勻性增強(qiáng),消除了水玻璃的老化現(xiàn)象。

        (2)超聲處理,可活化水玻璃與砂粒的接觸表面,降低水玻璃的表面張力。超聲處理對(duì)水玻璃砂潰散性能的改善的原因,尚待進(jìn)一步研究。

        2.2 超聲處理情況下,水玻璃用量與型砂性能的關(guān)系。

        圖3 超聲處理60分水玻璃加入量對(duì)型砂性能的影響

        2.2.1 水玻璃經(jīng)超聲處理,可使型砂中水玻璃的加入量減少,在水玻璃加入量為6%的情況下,干拉強(qiáng)度與未改性的水玻璃砂8%的用量接近,但濕強(qiáng)度及潰散性能均有效大幅度改善。

        2.2.2 在滿足σ干壓≥8kg/cm2的條件下,以σ干拉、σ濕壓、σ殘為比較指標(biāo),經(jīng)超聲改性,可使水玻璃用量進(jìn)一步降至4%左右,與未改性水玻璃加入量為8%的水玻璃砂相比,濕強(qiáng)度提高4倍,高溫殘留強(qiáng)度可降低8%左右。

        2.2.3 減少水玻璃加入量,可大幅度降低其高溫殘留強(qiáng)度,是提高水玻璃砂潰散性能的主要途徑。

        2.3 附加物對(duì)改性水玻璃砂的性能的影響

        表1 附加物對(duì)水玻璃砂性能的影響

        表1是在型砂配方為100%原砂+6%水玻璃+5%水、水玻璃超聲處理時(shí)間為1小時(shí)條件下,加入粘土附加物的性能對(duì)比情況。由表1可見(jiàn),在其他條件相同情況下:

        2.3.1 加入膨潤(rùn)土等附加物對(duì)性能的影響與水玻璃不經(jīng)超聲處理的情況基本相同,可使?jié)駨?qiáng)度增加,殘留強(qiáng)度降低,但干強(qiáng)度下降。其原因是粉料的加入在濕態(tài)起一定粘結(jié)作用,但在干態(tài)由于破壞了砂粒表面層硅酸膜的連續(xù)性,減少水玻璃“粘結(jié)橋”的面積,從而σ干下降,σ殘下降。

        2.3.2 加入磁化水,其他性能變化不大,但使型砂殘留強(qiáng)度降低,其原因尚待進(jìn)一步研究。

        3 結(jié)論

        3.1 型砂強(qiáng)度

        在其他條件相同的情況下,經(jīng)超聲改性后的水玻璃砂濕強(qiáng)度提高顯著,干強(qiáng)度提高30%~50%,高溫殘留強(qiáng)度降低40%。

        3.2 超聲處理時(shí)間

        在本實(shí)驗(yàn)條件下,超聲處理時(shí)間的合適時(shí)間為1小時(shí)左右。

        3.3 水玻璃用量

        經(jīng)超聲處理,在滿足生產(chǎn)條件下,可使水玻璃用量由8%降至4%,此時(shí)水玻璃砂的濕強(qiáng)度適宜,潰散性能顯著改善。降低水玻璃用量是提高水玻璃砂潰散性能的主要途徑。

        3.4 其它添加劑的作用

        超聲改性水玻璃砂,加入膨潤(rùn)土可提高濕強(qiáng)度,潰散性,但干強(qiáng)度降低。加入磁化水可提高潰散性。這)些可根據(jù)不同使用場(chǎng)合合理選用。

        [1]程寬中,等.改性水玻璃砂潰散性的研究和生產(chǎn)實(shí)踐[J].鑄造,1984(4):19-23.

        [2]朱純熙,等.水玻璃的化學(xué)改性[J].鑄造,1991(3):23-26.

        [3]謝祖錫.水玻璃的超聲改性及水玻璃砂性能的改善[J].鑄造,1991(7):31-33.

        [4]昆明工學(xué)院.造型材料[M].昆明:云南人民出版社,1978.

        [5]鄒忠桂,等.水玻璃改性的理論基礎(chǔ)[J].造型材料,1988(3):37-42.

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