浅述呋喃树脂自硬砂对球墨铸铁铸件的影响力
呋喃树脂自硬砂型与粘土砂干型相比，不需烘干，耗能少，铸件尺寸精度高，表面质量好，因此已逐渐取代粘土砂干型，广泛地用于制作厚大铸件。但据文献报道和调研，采用这种树脂砂生产球铁件(特别是厚大球铁件)时，会产生一些特殊的质量问题。国外如F·Martin和S·LKarsay用8英寸(约200mm)立方体试块做试验，发现采用呋喃树脂砂型铸造时，试块其余部位(包括顶面、侧面的上部以及心部)均球化良好，底面和各侧面的下部发生局部球化不良。奥地利铸造研究所W·Bauer的研究认为，由于呋喃树脂砂采用对钾苯磺酸(PTSS)作硬化剂，给砂型带进了较多的硫，后者渗入球铁铸件表层，并与表层的球化剂Mg化合成MgS使Mg失去球化作用而引起局部球化不良。
国内在作者所调研的工厂中也有几家工厂发现一些质量问题，其中某厂最初采用这种砂生产球铁件时，曾发现铸件表层有局部球化不良，最严重处深度达12mm，并且发现铸型在浇注后翻转90°竖直冷却时会引起铸件外形涨大而导致内部缩松；另一家工厂用这种砂生产某种球铁件也采用平浇竖冷，发现经热处理后的抗拉强度比用粘土砂干型生产的同一种铸件普遍低100-160MPa；还有一家工厂用这种砂生产球铁件时曾试验水平浇注，倾斜45°冷却，结果也发现铸件下段严重涨大和内部缩松。为较系统地查明呋喃树脂自硬砂对球铁铸件的质量的影响，为使用这种型砂取代粘土砂干型生产球铁件，特别是厚大球铁件的可行性提供依据，特进行本试验。
2．试验目的及内容：
①测量用呋喃树脂自硬砂性浇注和用粘土砂干型浇注的球铁件的凝固时间差别，并查明这种差别是否会引起铸件(特别是厚大件)球化不良；
②观察呋喃树脂自硬砂对球铁件表层球化情况和铸造缺陷倾向的影响。
③查明呋喃树脂自硬砂对球铁力学性能有否影响。
3．试验条件及方法
(1)熔化及球化、孕育处理：采用100KW中频感应炉化铁，炉料为90%本溪生铁(含硅量为1.3%)+10%废钢。原铁液成分及球铁终成分参照实际生产球铁件，分析结果示于表1；球化剂成分为：10.5%Mg，1.2%RE，33%Si，35%Cu，加入量为1.5%，采用冲入法处理，铁液出炉(处理)温度为1450℃，孕育剂为75硅铁。
表1．原铁液化学成分及球铁最终成分
成分CSiMnPSREMgCu原铁液3.781.210.420.0500.028------------终成分--2.310.440.0520.0200.0200.0560.51(2)试块尺寸共有四种：50mm×50mm×50mm(模数M=0.83cm),75mm×75mm×75mm(模数M=1.25cm),100mm×100mm×100mm(模数M=1.66cm),200mm×200mm×200mm(模数M=3.33cm)。每种试块均同时制作呋喃树脂自硬砂型和粘土砂干型两种铸型，并用同包铁液浇注。
(3)型砂及造型
粘土砂配料成分为：20%新砂，80%回用砂，1.5%陶土，2.5%白泥。呋喃树脂自硬砂用100%回用砂配制，呋喃树脂加入量为1.5%，硬化剂对甲苯磺酸的加入量为树脂量的100%(没有加入新砂以及故意加大树脂和硬化剂加入量的目的是故意提高砂型的含硫量，以便呋喃树脂自硬砂对球铁质量的影响更明显)，这种砂型的实测含硫量为0.50%。
造型均为手工造型，粘土砂型在浇注前经过烘干，呋喃树脂自硬砂型自行硬化，不烘干。两种铸型均不刷涂料，使铸型表面直接与铁液接触。
(4)凝固时间测量方法
在铸型中部插一根石英管，直低试块心部，将热电偶塞入其内，使热电偶焊点正好处在试块心部；偶丝的尾端用补偿导线与带长图记录仪的电子电位差计连接，用以绘制凝固曲线，然后在凝固曲线上读取凝固时间。
4．实验结果及讨论：
(1)凝固时间--各种试块的测量结果列于表1，并用对数坐标绘成曲线。由表1可以看出：各种尺寸的试块在自硬砂铸型中的凝固时间均比在粘土砂干型中的凝固时间长，而且随着试块尺寸增大差别逐渐增大，随着试块尺寸变小差别减小。这一结果说明自硬砂的散热速度比粘土砂缓慢。在对数坐标上，各数据点几乎呈直线分布，偏离度甚小。因此，可以将曲线外延来估计模数更大或更小的铸件的凝固时间。
表1．凝固时间与试块模数和铸型类别的关系
试块尺寸(mm)50×50×5075×75×75100×100×100200×200×200模数M(cm)0.831.251.663.33呋喃自硬砂型铸造凝固时间(min)3.38.915.872.8粘土砂干型铸造凝固时间(min)2.86.912.552(2)显微组织--对100mm×100mm×100mm和200mm×200mm×200mm两种试块取样进行了显微组织检查。结果如下：
①100mm方块显微组织--见表2．表3．可以看出，粘土砂试块表面和心部球化都正常；自硬砂试块底面有厚度0.5mm的不球化层，说明球化已受到影响，但不算严重。
国内在作者所调研的工厂中也有几家工厂发现一些质量问题，其中某厂最初采用这种砂生产球铁件时，曾发现铸件表层有局部球化不良，最严重处深度达12mm，并且发现铸型在浇注后翻转90°竖直冷却时会引起铸件外形涨大而导致内部缩松；另一家工厂用这种砂生产某种球铁件也采用平浇竖冷，发现经热处理后的抗拉强度比用粘土砂干型生产的同一种铸件普遍低100-160MPa；还有一家工厂用这种砂生产球铁件时曾试验水平浇注，倾斜45°冷却，结果也发现铸件下段严重涨大和内部缩松。为较系统地查明呋喃树脂自硬砂对球铁铸件的质量的影响，为使用这种型砂取代粘土砂干型生产球铁件，特别是厚大球铁件的可行性提供依据，特进行本试验。
2．试验目的及内容：
①测量用呋喃树脂自硬砂性浇注和用粘土砂干型浇注的球铁件的凝固时间差别，并查明这种差别是否会引起铸件(特别是厚大件)球化不良；
②观察呋喃树脂自硬砂对球铁件表层球化情况和铸造缺陷倾向的影响。
③查明呋喃树脂自硬砂对球铁力学性能有否影响。
3．试验条件及方法
(1)熔化及球化、孕育处理：采用100KW中频感应炉化铁，炉料为90%本溪生铁(含硅量为1.3%)+10%废钢。原铁液成分及球铁终成分参照实际生产球铁件，分析结果示于表1；球化剂成分为：10.5%Mg，1.2%RE，33%Si，35%Cu，加入量为1.5%，采用冲入法处理，铁液出炉(处理)温度为1450℃，孕育剂为75硅铁。
表1．原铁液化学成分及球铁最终成分
成分CSiMnPSREMgCu原铁液3.781.210.420.0500.028------------终成分--2.310.440.0520.0200.0200.0560.51(2)试块尺寸共有四种：50mm×50mm×50mm(模数M=0.83cm),75mm×75mm×75mm(模数M=1.25cm),100mm×100mm×100mm(模数M=1.66cm),200mm×200mm×200mm(模数M=3.33cm)。每种试块均同时制作呋喃树脂自硬砂型和粘土砂干型两种铸型，并用同包铁液浇注。
(3)型砂及造型
粘土砂配料成分为：20%新砂，80%回用砂，1.5%陶土，2.5%白泥。呋喃树脂自硬砂用100%回用砂配制，呋喃树脂加入量为1.5%，硬化剂对甲苯磺酸的加入量为树脂量的100%(没有加入新砂以及故意加大树脂和硬化剂加入量的目的是故意提高砂型的含硫量，以便呋喃树脂自硬砂对球铁质量的影响更明显)，这种砂型的实测含硫量为0.50%。
造型均为手工造型，粘土砂型在浇注前经过烘干，呋喃树脂自硬砂型自行硬化，不烘干。两种铸型均不刷涂料，使铸型表面直接与铁液接触。
(4)凝固时间测量方法
在铸型中部插一根石英管，直低试块心部，将热电偶塞入其内，使热电偶焊点正好处在试块心部；偶丝的尾端用补偿导线与带长图记录仪的电子电位差计连接，用以绘制凝固曲线，然后在凝固曲线上读取凝固时间。
4．实验结果及讨论：
(1)凝固时间--各种试块的测量结果列于表1，并用对数坐标绘成曲线。由表1可以看出：各种尺寸的试块在自硬砂铸型中的凝固时间均比在粘土砂干型中的凝固时间长，而且随着试块尺寸增大差别逐渐增大，随着试块尺寸变小差别减小。这一结果说明自硬砂的散热速度比粘土砂缓慢。在对数坐标上，各数据点几乎呈直线分布，偏离度甚小。因此，可以将曲线外延来估计模数更大或更小的铸件的凝固时间。
表1．凝固时间与试块模数和铸型类别的关系
试块尺寸(mm)50×50×5075×75×75100×100×100200×200×200模数M(cm)0.831.251.663.33呋喃自硬砂型铸造凝固时间(min)3.38.915.872.8粘土砂干型铸造凝固时间(min)2.86.912.552(2)显微组织--对100mm×100mm×100mm和200mm×200mm×200mm两种试块取样进行了显微组织检查。结果如下：
①100mm方块显微组织--见表2．表3．可以看出，粘土砂试块表面和心部球化都正常；自硬砂试块底面有厚度0.5mm的不球化层，说明球化已受到影响，但不算严重。
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