1 — 1 自硬呋喃樹(shù)脂砂的概念
自硬呋喃樹(shù)脂砂的命名來(lái)源于英語(yǔ)的 Furan No-Bake process，它表示以呋喃樹(shù)脂為粘結(jié)劑，并加入催化劑混制出型砂，不需烘烤或通硬化氣體，即可在常溫下使砂型自行固化的造型方法。通常被簡(jiǎn)稱(chēng)為“冷硬樹(shù)脂砂”，甚至“樹(shù)脂砂”。以下介紹兩個(gè)基本概念。
一、呋喃樹(shù)脂的概念
由碳原子和其它元素原子 (如 O、 S、 N等 )共同組成的環(huán)叫做雜環(huán)、組成雜環(huán)的非碳原子叫雜原子。含有雜環(huán)的有機(jī)化合物叫做雜環(huán)化合物。所謂“呋喃”，是含有一個(gè)氧原子的五員雜環(huán)有機(jī)化合物，它是表示一族化合物的基本結(jié)構(gòu)總稱(chēng)。
在呋喃系中不帶取代基的雜環(huán)作為母體，叫做“呋喃”，它的衍生物則根據(jù)母體來(lái)命名。呋喃本身在互業(yè)上并無(wú)什么用途，但它的衍生物——糠醛和糠醇，卻是互業(yè)上的重要原料，它們是*重要的呋喃衍生物，糠醛學(xué)名叫α——呋喃甲醛，糠醇學(xué)名叫呋喃甲醇。它們的分子結(jié)構(gòu)如下：
含有糠醇的樹(shù)脂稱(chēng)為呋喃樹(shù)脂。作為鑄造粘結(jié)劑用的呋喃樹(shù)脂一般是用糠醇 (FA)與尿素、甲醛或苯酚等縮合而成的 ,如尿醛呋喃樹(shù)脂（ UF/FA）、酚醛呋喃樹(shù)脂 (PF/FA)、酚脲醛呋喃樹(shù)脂（ UPF－ FA)和甲醛——糠醇樹(shù)脂 (F/FA)等。
二、呋喃樹(shù)脂的硬化機(jī)理
根據(jù)呋喃樹(shù)脂的組成不同，分別可以通過(guò)加熱、通入硬化氣體或添加酸催化劑等方法使其固化。酸催化（即“自硬”）的呋喃樹(shù)脂一般糠醇含量都超過(guò) 50%。其硬化機(jī)構(gòu)很復(fù)雜，現(xiàn)在還未完全弄清楚，但基本的樹(shù)脂化反應(yīng)包括了糠醇的*醇基和呋喃環(huán)的第五位氫之間的脫水縮合，此外呋喃環(huán)的斷裂生成乙酰丙酸，*醇基間脫水生成醚和醛等等的反應(yīng)。圖 1－ 1為呋喃樹(shù)脂粘結(jié)劑的成分和代表性的呋喃自硬樹(shù)脂結(jié)構(gòu)的一例。
初期階段
1 — 2
自硬呋喃樹(shù)脂砂的優(yōu)缺點(diǎn)
一、自硬呋喃樹(shù)脂砂具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1 ．鑄件表面光潔、棱角清晰、尺寸精度高。
這是由于樹(shù)脂砂造型可以排除許多使型（芯）變形的因素。如：（ 1）型砂流動(dòng)性好，不需搗固機(jī)緊實(shí)，減少了模樣（芯盒）的傷損和變形；（ 2）砂型（芯）固化后起模，減少了因起模前松動(dòng)模樣和起模時(shí)碰壞砂型（芯）引起的變形；（ 3）無(wú)需修型，減少了修型時(shí)引起的變形；（ 4）無(wú)需烘烤，減少了因烘烤造成的鑄型（芯）變形；（ 5）鑄型強(qiáng)度高、表面穩(wěn)定性好，故芯頭間隙小、分型負(fù)數(shù)小，減少了下芯、配模過(guò)程中鑄型的破損和變形，保證了配模精度；（ 6）鑄型（芯）硬度高，熱穩(wěn)定性好，可以有效地抵御澆注時(shí)的型壁退讓、遷移現(xiàn)象，減少了鑄型的熱沖擊變形（如脹砂等）；（ 7）型砂的潰散性好，清理、打磨容易，從而減少了落砂清鏟修整工序中對(duì)鑄件形狀精度的損害。
綜上所述，由于在各個(gè)工序中都*限度地排除了影響鑄型、鑄件變形和損壞的因素，所以樹(shù)脂砂鑄件的鑄件表面質(zhì)量、鑄件幾何尺寸精度方面比粘土烘模砂可以提高 1— 2級(jí)，達(dá)到 CT7-9級(jí)精度和 1－ 2mm / 600mm的平直度，表面粗糙度更大有改觀。
2 ．造型效率高，提高了生產(chǎn)率和場(chǎng)地利用率，縮短了生產(chǎn)周期。
這是由于（ 1）、型砂流動(dòng)性好，不需搗固機(jī)緊實(shí)，節(jié)省了大量的搗固工作量，使造型操作大為簡(jiǎn)化； (2)鑄型強(qiáng)度高，節(jié)約了起模后修型工作量；（ 3）型（芯）上醇基涂料點(diǎn)干后可省去烘干工序，節(jié)約了工時(shí)和場(chǎng)地； (4)舊砂回收后干法機(jī)械再生，使砂
處理為封閉系統(tǒng)，便于機(jī)械化，可以節(jié)約大量舊砂處理，型砂混制、運(yùn)輸?shù)容o助勞動(dòng)；（ 5）型砂的潰散性好，落砂容易，修整工作量少、（ 6）節(jié)約了一些造型（芯）前的準(zhǔn)備工作量。如插芯固等。
根據(jù)一般統(tǒng)計(jì)，用自硬呋喃樹(shù)脂砂代替粘土烘模砂后，生產(chǎn)效率可提高，單位造型面積產(chǎn)量可提高 20— 50%。
3 ．減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，大大改善了勞動(dòng)條件和工作環(huán)境，尤其是減輕了噪音、矽塵等，減少了環(huán)境污染。
4 ．節(jié)約能源。這表現(xiàn)在取消了烘窯和水力清砂，提高了鐵水成品率，大大降低了壓縮空氣消耗，從而在節(jié)水、節(jié)電、節(jié)煤（焦）等方面效果顯著。
5 ．樹(shù)脂砂型 (芯 )強(qiáng)度高 (含高溫強(qiáng)度高 )、成型性好、發(fā)氣量較其它有機(jī)鑄型低、熱穩(wěn)定性好、透氣性好，可以大大減少鑄件的粘砂、夾砂、砂眼、氣孔、縮孔、裂紋等鑄件缺陷，從而降低廢品率，可以制造出用粘土砂難以做出的復(fù)雜件、關(guān)鍵件。
6 ．舊砂回收再生容易，可以達(dá)到 90— 95%的再生回收率。在節(jié)約新砂、減少運(yùn)輸、防止廢棄物公害等方面效果顯著。
二、自硬呋喃鑄型有一些缺點(diǎn)，應(yīng)采取相應(yīng)對(duì)策。
1 ．對(duì)原砂要求較高，如粒度、粒形、 SI0 2含量、微粉含量、堿金屬鹽及粘土含量等都有較嚴(yán)格要求；
2 ．氣溫和濕度對(duì)硬化速度和固化后強(qiáng)度的影響較大；
3 ．與無(wú)機(jī)類(lèi)粘結(jié)劑的鑄型相比，樹(shù)脂砂發(fā)氣量較高，如措施不當(dāng)，易產(chǎn)生氣孔類(lèi)缺陷；
4 ．由于硬化機(jī)理是脫水縮合型，故硬化反應(yīng)需一定時(shí)間，模樣的周轉(zhuǎn)率較低，不易適應(yīng)于大批量鑄件的生產(chǎn)；
5 ．與粘土砂相比，成本仍較高；
6 ．對(duì)球鐵件或低 C不銹鋼等鑄件，表面因滲硫或滲碳可能造成球化不良或增碳，薄壁復(fù)雜鑄鋼件上易產(chǎn)生裂紋等缺陷；
7 ．澆注時(shí)有剌激性氣味及一些有害氣體發(fā)生， CO氣發(fā)生量較大，需有良好的通風(fēng)條件。
1 — 3 自硬呋喃樹(shù)脂砂的發(fā)展概況
呋喃樹(shù)脂*早作為鑄型用粘結(jié)劑是 1958年在美國(guó)開(kāi)始使用的，當(dāng)時(shí)是作為熱芯盒
粘結(jié)劑使用的。把它作為自硬性鑄型進(jìn)行研究是 1963年－ 1971年在英國(guó)進(jìn)行的。
這個(gè)期間從基礎(chǔ)研究到生產(chǎn)大鑄件都作了扎實(shí)的實(shí)用化研究。其結(jié)果，報(bào)導(dǎo)了用少量粘結(jié)劑能獲得很高的強(qiáng)度，鑄型潰散性好，鑄件尺寸精度高，生產(chǎn)效率提高等一系列優(yōu)點(diǎn)。為獲得今天這樣的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
在歐美， 70— 80年代是自硬呋喃砂取得飛躍發(fā)展的時(shí)期。在日本將自硬呋喃砂用于生產(chǎn)一般鑄件是從 1973年開(kāi)始的，約十年左右，全國(guó)多品種小批量的中、大鑄件生產(chǎn)中有一大半過(guò)渡到用自硬呋喃鑄型來(lái)生產(chǎn)。這種發(fā)展趨勢(shì)至今方興未艾，盡管其他有機(jī)自硬鑄型開(kāi)發(fā)了更多種類(lèi)，然而現(xiàn)在占位的仍然是自硬呋喃樹(shù)脂砂。
在我國(guó)，七十年代開(kāi)始研究自硬樹(shù)脂砂，但僅于個(gè)別廠家和研究單位搞試驗(yàn)。從八十年代初，尤其是 1982年以后，隨著改革開(kāi)放政策的貫徹，我國(guó)與國(guó)外合作生產(chǎn)的工廠增多，不少合作生產(chǎn)的外國(guó)廠家都對(duì)鑄件生產(chǎn)提出來(lái)用自硬樹(shù)脂砂的要求，否則無(wú)法合作。對(duì)國(guó)內(nèi)來(lái)說(shuō)，以出口產(chǎn)品為主，對(duì)鑄件質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。于是在這種社會(huì)生產(chǎn)發(fā)展的新形勢(shì)下，在國(guó)外樹(shù)脂砂熱的推動(dòng)下，迫使我國(guó)廣大鑄造工作者們認(rèn)識(shí)到應(yīng)用自硬樹(shù)脂砂是造型工藝上的一場(chǎng)革命，是提高鑄件和機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的重要途徑，是振興鑄造行業(yè)改變后面貌的必由之路，是機(jī)械產(chǎn)品躍入 市場(chǎng)的基本保證。因此八十年代我國(guó)鑄造生產(chǎn)戰(zhàn)線上形成了“樹(shù)脂砂熱”。由于自硬樹(shù)脂砂*適合于多品種小批量的中大鑄件生產(chǎn)，所以機(jī)床行業(yè)、水泵行業(yè)、閥門(mén)行業(yè)和造船、石化等行業(yè)在樹(shù)脂砂推廣應(yīng)用中走在*前面。迄今為止，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)已引進(jìn)樹(shù)脂砂處理生產(chǎn)線不下五十家，國(guó)內(nèi)有三大鑄機(jī)廠（重慶、保定、漯河）已正式生產(chǎn)成套樹(shù)脂砂設(shè)備。另外，生產(chǎn)原輔助材料的廠家遍布各省，原輔助材料的質(zhì)量進(jìn)步很快，有些已接近或達(dá)到國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的水平。事實(shí)表明用樹(shù)脂砂工藝取代粘土烘模砂生產(chǎn)多種小批量中大鑄件是今后國(guó)內(nèi)鑄造業(yè)界的發(fā)展方向之一。
第二章 自硬呋喃樹(shù)脂砂的原輔材料
組成自硬呋喃樹(shù)脂砂的主要原材料有作為型砂骨料的原砂，作為粘結(jié)劑用的呋喃樹(shù)脂，作為催化劑用的酸類(lèi)固化劑和作為添加劑的硅烷偶聯(lián)劑等，樹(shù)脂砂造型中須的輔助材料有涂料、脫模劑、粘合劑、澆口陶管、分型劑等。原輔材料的好壞對(duì)樹(shù)脂砂鑄件質(zhì)量的影響很大，本章對(duì)以上主要原輔材料作一簡(jiǎn)單介紹。
2 — 1 原砂
一般仍選用天然石英砂。對(duì)于部分高合金鋼鑄件或特殊需要的情況下，也有選用鉻
礦砂或鋯砂等特殊骨料的。這里我們主要討論樹(shù)脂砂對(duì)石英砂的要求。
一、礦物成分與化學(xué)成分
原砂的主要礦物成分是石英（即 SiO 2）、長(zhǎng)石和云母，還有一些鐵的氧化物和碳化物。石英比重 2.55，莫氏硬度七級(jí)，熔點(diǎn) 1713℃，具有耐高溫、耐磨損等優(yōu)點(diǎn)。若原砂中石英（ SiO 2）含量高，則原砂的耐火度和復(fù)用性都好。
長(zhǎng)石是鋁硅酸鹽，常見(jiàn)的有鉀長(zhǎng)石（ K 2O、 AI 2O 3、 SiO 2）鈉長(zhǎng)石（ Na 2O、 AI 2O 3 SiO 2）和鈣長(zhǎng)石（ 2CaO、 AI 2O 3、 SiO 2） ,長(zhǎng)石比重 2.54-2.76,莫氏硬度 6－ 6.5級(jí)，熔點(diǎn) 1100－ 1250℃，因其熔點(diǎn)低、硬度低、不耐磨、易粉碎，會(huì)降低樹(shù)脂砂的復(fù)用性和耐火度。
云母是種含鋁硅酸鹽，有黑白云母之分，白云母的成分為（ 3AI 2O 3、 6SiO 2、 H 2O）。云母的熔點(diǎn)為 1145－ 1270℃，比重 2.7-3.2。硬度很低，易破碎，它在砂中的含量多少對(duì)原砂的復(fù)用性很有影響。
總之，在選擇原砂時(shí)， SiO 2含量應(yīng)盡量高一些，不純物要少，當(dāng)然還與金屬的熔點(diǎn)和澆注溫度，鑄件壁厚等因素有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，鑄鋼用原砂 SiO 2含量應(yīng)大于 95％，鑄鐵應(yīng)大于 92％，有色金屬可以低一些。雜質(zhì)允許含量還與舊砂是否再生回用以及下面談到的耗酸量有關(guān)。
二、粒形和表面光滑度
對(duì)于粒形，要求園形或類(lèi)園形，砂粒表面應(yīng)光潔平整，沒(méi)有孔洞或裂紋。這樣的砂粒表面積小，砂粒表面涂上一層薄膜所需的樹(shù)脂量少些。
一般用角形系數(shù)表示砂粒形園整度，人造石英砂雖然 SiO 2含量高，但粒形為多角形甚至尖角形，角形系數(shù)太大，需經(jīng)研磨處理，一般不采用。天然砂中角形系數(shù)*小的要算風(fēng)積砂，如內(nèi)蒙通遼一帶的大林標(biāo)準(zhǔn)砂，角形系數(shù)小于 1.2，呈圓形。為了改善粒形，對(duì)原砂*進(jìn)行擦磨處理。目前我國(guó)*生產(chǎn)擦磨砂的是江西星子砂礦。該礦對(duì)原砂經(jīng)擦磨處理后，角形系數(shù)從 1.47減少到 1.35，與此同時(shí)， SiO 2含量也從 93％（水洗砂）提高到 95％（ 45/75目）砂樣抗拉強(qiáng)度也由 12.2Kg /cm 2增加到 16.3Kg /Cm 2。
原砂的粒形不僅影響樹(shù)脂砂加入量，同時(shí)還影響到樹(shù)脂砂的流動(dòng)性及緊實(shí)程度，砂粒表面空洞裂紋不僅無(wú)效消耗樹(shù)脂，而且砂粒易碎，影響復(fù)用性及粒度保持性。
三、粒度分布及微粉含量
粒形相同的原砂，以粒度較粗的總表面積小，樹(shù)脂用量少，透氣性好，耐火度高。粗砂的缺點(diǎn)是抗機(jī)械粘砂能力低。一般多選用 30/50目、 40/70目為宜，為提高綜合性
能，本廠采用 30/70目的多篩號(hào)分布的砂。
微粉及含泥量嚴(yán)重惡化樹(shù)脂砂性能。由于微粉表面積很大，消耗樹(shù)脂及固化劑影響透氣性及強(qiáng)度，原砂中的泥份中堿土金屬含量較高，據(jù)介紹細(xì)粉狀比粒狀耗酸值要大 3— 10倍。一般要求原砂含泥量應(yīng)小于 0.3%。
四、含水量
樹(shù)脂砂的硬化是放熱反應(yīng)，原砂含水量嚴(yán)重影響樹(shù)脂的固化強(qiáng)度與固透性，實(shí)驗(yàn)證明，含水量由 0.2%升高到 0.4%，型砂的抗拉強(qiáng)度可從 13.2kg /cm 2降低到 8.6kg /cm 2，固化時(shí)間也從 30分鐘延長(zhǎng)到 70分鐘。國(guó)外一般要求原砂含水量小于 0.1%，國(guó)內(nèi)一般要求小于 0.2%。所以對(duì)樹(shù)脂砂用原砂應(yīng)進(jìn)行干燥處理。
五、 PH值與耗酸量
原砂的 PH值對(duì)樹(shù)脂砂的固化速度及終強(qiáng)度有一定的影響，由于樹(shù)脂是在酸催化劑作用下脫水縮合固化的，故當(dāng)原砂堿性較強(qiáng)時(shí)，需耗費(fèi)額外的酸固化劑。。砂的 PH值一般為 6.5－ 7.2，若使用海砂時(shí)， PH值為 9左右，耗酸量可達(dá) 17以上，其中貝殼和 CaCO 3的耗酸量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了其它物質(zhì)，不易固化，需經(jīng)過(guò)淡水沖洗或擦洗，擦磨處理。前面也談到 ,原砂中 SiO 2含量減少時(shí)，長(zhǎng)石、云母和其它雜質(zhì)會(huì)增加，長(zhǎng)石和云母兩種礦物中都含有堿金屬化合物 Na 2O、 K 2O，鈣長(zhǎng)石和其它一些雜質(zhì)中則含有 CaO、 MgO等，都是增加耗酸量的成分。因?yàn)樵爸泻心承┎蝗苡谒膲A性物質(zhì)，所以砂不采用簡(jiǎn)單的 PH值實(shí)驗(yàn)，而采用耗酸量實(shí)驗(yàn)。
使用再生處理砂時(shí)，由于新砂加入量少，耗酸量的影響較輕，但對(duì)于全部采用新砂的樹(shù)脂砂，耗酸量的影響則不可低估一般應(yīng)控制在 5以下。
綜上所述，樹(shù)脂砂對(duì)原砂的要求十分嚴(yán)格，國(guó)外特別重視樹(shù)脂砂的原砂選用和處理。如日本寧可從遙遠(yuǎn)的澳大利亞運(yùn)砂國(guó)內(nèi)目前比較適合于樹(shù)脂砂用的原砂有大林水洗砂，星子擦磨砂、東山沉積砂、平潭沉積砂等。表 2— 1列舉了一些樹(shù)脂砂用原砂的性能。
表 2— 1 國(guó)內(nèi)幾種樹(shù)脂砂用原砂的性能
生產(chǎn)廠家
名稱(chēng)
粒度、粒形
SiO2 含量 %
含泥量 %
耗酸值 ml
用 途
星子型砂礦
擦磨砂
S24/45 （○ -□）
96.56
≤ 0.1
<4.5
鑄鐵
S28/55 （○ -□）
96.41
≤ 0.1
<4.5
鑄鐵
S45/75( ○ -□ )
94.89
≤ 0.15
<4.5
鑄鐵
大林型砂廠
水洗砂
55/100( ○ )
90.45
0.3
3.36
鑄鐵
45/75 （○）
95.25
0.1
鑄鐵
75/150 （○）
88.51
0.5
鑄鐵
平潭精選硅砂廠
沉積砂
2S30/50 （○ -□）
96.02
0.3
3.45
鑄鐵
3S50/100 （□ -○）
95.86
0.3
3.62
鑄鐵
1S40/70 （□）
97.15
0.2
0.42
鑄鋼、*鑄鐵
1S50/100 （□）
97.10
0.2
0.44
鑄鋼、*鑄鐵
2 — 2再生砂
對(duì)澆注后的樹(shù)脂砂經(jīng)砂塊破碎后的砂粒，通過(guò)機(jī)械摩擦等方法將其表面殘留的固化樹(shù)脂層去掉一部分的處理叫樹(shù)脂砂有再生處理。使用再生砂有重要的經(jīng)濟(jì)意義，同時(shí)對(duì)鑄件質(zhì)量有一定好處。以下介紹再生砂幾項(xiàng)主要性能。
一、粒度變化
舊砂反復(fù)再生回用后，在粒度變化上存在變粗和變細(xì)的兩種因素。前者是因?yàn)槌龎m去掉一部分細(xì)粒及微粉，砂粒表面殘存有機(jī)物固化層等等；后者是因?yàn)樯傲５钠扑榈??？偟膩?lái)說(shuō)當(dāng)原砂耐破碎強(qiáng)度較好，二種因素基本可以抵銷(xiāo)，使粒度分布變化不大。
二、灼燒減量
所謂灼燒減量（ LOI）是砂中有機(jī)物殘留量的一種度量。舊砂回用中，每次混砂后有粘結(jié)劑積累，但澆注和再生以及加入新砂都可“沖淡”有機(jī)物殘留量的比例，通過(guò) 10次以上的反復(fù)回用，可使舊砂中的灼燒減量穩(wěn)定在一定的水平上，即這時(shí)每次加入的粘經(jīng)劑量與澆注、再生、新砂所減少的粘結(jié)劑量相平衡。這時(shí)的灼燒減量稱(chēng)為再生砂的灼燒減量 PK則：
其中 B——每次混砂時(shí)粘結(jié)劑的加入量（樹(shù)脂和固化劑）
R1 ——新砂添加量（ %）
R2 ——澆注時(shí)燃燒去膜率（ %），取決于砂鐵比 S/M
R3 ——再生去膜率
灼燒減量與鑄型發(fā)氣量成正比，所以灼燒減量高，則鑄件易產(chǎn)生氣孔缺陷。對(duì)鑄鐵件，一般要將再生砂灼燒減量控制在 3.0— 3.5%以下。鑄鋼則要求在 2.5以下。
三、微粉含量
這也是監(jiān)測(cè)再生砂的主要指標(biāo)，微粉除了破碎的砂粒以外*主要的有再生時(shí)剝下的樹(shù)脂膜及涂料成分、燃燒過(guò)的有機(jī)物灰塵，將大大增加灼減量、降低強(qiáng)度、影響透氣性，所以再生砂必須通過(guò)風(fēng)選或篩分，將微粉含量（底盤(pán)）控制在 0.3%以下。
四、其他
再生砂與新砂相比，耗酸量大大降低，甚至呈負(fù)值。由于石英經(jīng)過(guò)澆注時(shí)的多次α β相變，以及表面的殘留樹(shù)脂的緩沖作用，其熱膨脹系數(shù)有所降低，有助于減輕鑄件機(jī)械粘砂及脈紋。使用同樣的樹(shù)脂，再生砂也比新砂的強(qiáng)度高，再生砂的水分含量也很低。相反含氮量將會(huì)增加。
2 — 3呋喃樹(shù)脂
一、呋喃樹(shù)脂的分類(lèi)
1 、按樹(shù)脂組成分類(lèi)
名 稱(chēng)
代 號(hào)
組 成
脲醛—糠醇樹(shù)脂
UF/FA
由尿素、甲醛、糠醇縮合而成
酚醛—糠醇樹(shù)脂
PF/FA
由苯酚、甲醛、糠醇縮合而成
酚脲醛—糠醇樹(shù)脂
UF/PF/FA
由尿素、苯酚、甲醛和糠醇縮合而成
甲醛—糠醇樹(shù)脂
F/FA
由甲醛、糠醇聚合而成
2 、按糠醇含量分級(jí)（ UF/FA）
級(jí) 別
FA 含量 %
含 N量 %
高 呋 喃 樹(shù) 脂
>80 — 100
0 — 3
中 呋 喃 樹(shù) 脂
>60 — 80
2 — 3
低 呋 喃 樹(shù) 脂
>40 — 60
5 — 11
3 、按含氮量分級(jí)
名 稱(chēng)
含 N量（ %）
無(wú) 氮 樹(shù) 脂
<0 ． 30
低 氮 樹(shù) 脂
0 ． 30-3． 0
中 氮 樹(shù) 脂
>3 ． 0— 6． 0
高 氮 樹(shù) 脂
>6 ． 0
二、主要技術(shù)參數(shù)
1 、糠醇含量
用酸作催化劑的呋喃樹(shù)脂，含糠醇量一般在 50%以上。*常用的是脲醛糠醇樹(shù)脂。隨著糠醇含量的提高，常溫強(qiáng)度增大 ,強(qiáng)度*高，當(dāng) FA量為 70— 80%時(shí)，常溫強(qiáng)度*高。對(duì)于高溫性能而言，隨糠醇含量的增加，呋喃砂的熱強(qiáng)度也相應(yīng)提高。從圖 2— 1所繪制的曲線可以看出，在 815℃時(shí)，不含糠醇的脲醛樹(shù)脂，其呋喃砂的殘留抗壓強(qiáng)度約 3.5Kg /cm 2，在 1371℃時(shí)，脲醛樹(shù)脂砂試樣不到 5分鐘就潰散了，強(qiáng)度為零，當(dāng)含 40%糠醇時(shí)，強(qiáng)度就高的多了。這就是為什么對(duì)黑色金屬選用高呋喃樹(shù)脂，而有色金屬只要用低色呋喃樹(shù)脂即可的原因。
2 、含氮量
當(dāng)含氮量在某一范圍內(nèi)時(shí)，隨含氮量的增加，呋喃砂的常溫強(qiáng)度提高，當(dāng)含氮量小于 1%時(shí)，常溫強(qiáng)度急劇下降。與此相反，含氮量增加，降低熱強(qiáng)度。所以高氮的樹(shù)脂只能澆注有色金屬件。含氮量增加易使鑄件產(chǎn)生針孔，對(duì)于凝固區(qū)間較寬的鑄鋼來(lái)說(shuō)，對(duì)氮?dú)忉樋?為敏感，希望采用低氮或無(wú)氮樹(shù)。對(duì)鑄鐵件而言，在舊砂回用的情況下，也應(yīng)選用氮含量 <3.5%以下的樹(shù)脂。一定的含氮量有利于減少呋喃樹(shù)脂的脆性，降低型砂的膨脹，有利于減少鑄件表面脈紋的產(chǎn)生。從成本上來(lái)說(shuō)，脲醛糠醇樹(shù)脂中，脲醛價(jià)格較便宜，糠醇很貴，所以樹(shù)脂中糠醇含量越高，脲醛的比例減少，樹(shù)脂的成本將提高。
3 、游離甲醛
自硬呋喃樹(shù)脂合成時(shí)，甲醛用量對(duì)呋喃樹(shù)脂的性能有很大影響。有資料介紹，樹(shù)
脂中甲醛與尿素的克分子比一般在 1.5— 2.5，當(dāng)克分子比為 1.8時(shí)型砂強(qiáng)度*高。隨著甲醛比例增加，樹(shù)脂中游離甲醛明顯增加，硬化速度也加快。但樹(shù)脂中游離甲醛刺激性氣味大，對(duì)人體健康不利，因此要求游離甲醛含量小于 0.5-1.0%。我國(guó)衛(wèi)生頒布的“衛(wèi)生企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)”（ TJ36-79）中規(guī)定車(chē)間空氣中有害物質(zhì)甲醛的*高允許濃度為 3mg/m 3。
4. 粘度
樹(shù)脂粘度大小對(duì)樹(shù)脂消耗量及混砂均勻性影響很大，如果樹(shù)脂粘度太大，則原砂表面包復(fù)層就較厚，加入量低時(shí)不易均勻，這在連續(xù)式攪籠混砂機(jī)的情況下更顯得重要，一般呋喃樹(shù)脂的粘度應(yīng)小于 100CPS，攪籠用的粘度*小于 50CPS（ 25℃）糠醇含量提高可使樹(shù)脂粘度降低。
5.PH 值
樹(shù)脂的反映過(guò)程中， PH值也是影響粘度的因素。若 PH值過(guò)低，反映強(qiáng)烈，使樹(shù)脂粘度增大，故 PH值不宜太小，另外， PH值低時(shí)，樹(shù)脂固化程度較快，但終強(qiáng)度受一定影響，且樹(shù)脂的存放期也將縮短 .一般呋喃樹(shù)脂的 PH值取 6.5-7.5為宜 .
6. 含水量
自硬樹(shù)脂的含水量有一定限制 ,含水量多會(huì)降低樹(shù)脂的粘度和型砂的固化速度 ,還影響型砂的終強(qiáng)度及固透性 ,甚至影響鑄件產(chǎn)生氣孔缺陷 .另外水分還會(huì)促使加入樹(shù)脂中的硅烷偶聯(lián)劑發(fā)生水解失效 .所以自硬樹(shù)脂的含水量在技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中有規(guī)定 ,一般高呋喃樹(shù)脂應(yīng)不大于 2%,中呋喃樹(shù)脂不大于 5%,低呋喃樹(shù)脂不大于 10%.
國(guó)內(nèi)自硬呋喃樹(shù)脂近年來(lái)發(fā)展較快，表 2— 2列舉了一些主要的樹(shù)脂廠和所產(chǎn)樹(shù)脂的技術(shù)參數(shù)及性能。
表 2— 2 國(guó)內(nèi)自硬呋喃樹(shù)脂一覽表
生產(chǎn)廠
樹(shù)脂型號(hào)
外觀
粘度（ 20℃）厘泊
PH 值
糖醇含量 %
含氨量 %
游離甲醛
%
興華化工場(chǎng)
五型（ 90-2）型
棕紅色透明
<50
7.0 ± 0.5
90
<2
<0.5
章丘縣助劑廠
FL86-A 型
桔紅透明
<20
6.5-7.0
90
<3
<1
章丘縣助劑廠
FL86-A 型
桔紅透明
<20
6.5-7.0
90
<3
<1
FL-3 型
棕紅半透明
<20
6.5-7.0
80
<4.5
<2
FL-2 型
棕紅半透明
<25
6.5-7.0
70
<6
<3
北京日化二廠
BFN-0
棕紅色透明
≤ 10
7 ± 0.5
95
0
0
BZF-70
黃棕色
6.45
70
6
1.6
范道有機(jī)化工廠
JY85-2
透明棕褐色
≤ 50
6.5-7.0
85
<22
≤ 0.5
JY70-1
<30
6.0 -7.0
70
<3
≤ 0.0
遼陽(yáng)有機(jī)化工廠
LF-2
透明紅棕色
30-70
7.0 ± 0.5
80
3-5
<1
LF-3
透明紅棕色
20-40
6.5-7.0
85
≤ 3
<0.5
鄭州油脂化學(xué)糖醇廠
F701-1
半透明
68
5.6
80
0
0.97
2-4 固化劑
自硬呋喃砂是以酸作為固化劑。常用的有機(jī)酸有苯磺酸、對(duì)甲苯黃酸、二甲苯黃酸等，無(wú)機(jī)酸有磷酸、硫酸乙酯等。當(dāng)磷酸作固化劑時(shí)，制好的型芯吸濕性強(qiáng)，且磷酸在砂中容易蓄水，只有在球鐵或低碳不銹鋼鑄件的
情況下，為防止鑄件表面滲 S而少量采用磷酸，一般再生回用砂不采用磷酸做固化劑；硫酸的腐蝕性強(qiáng)，配制時(shí)也有一定危險(xiǎn)，雖然固化速度快，但終強(qiáng)度不高，也有在砂中蓄積的問(wèn)題，只有在一次性使用的自硬砂中，而且氣溫太低時(shí)才使用。一般都是用有機(jī)酸坐固化劑。
對(duì)甲苯磺酸是白色結(jié)晶粉末，溶于水或酒精中使用，根據(jù)其酸值和濃度的不同，一般適合于春、夏、秋季使用，二甲苯黃酸則適應(yīng)性更強(qiáng)，根據(jù)其酸值和濃度的不同，一年四季都可使用。固化劑的技術(shù)參數(shù)主要有酸值、游離硫酸含量、粘度等。表 2-3列出了國(guó)內(nèi)一些主要商品固化劑的技術(shù)參數(shù)性
2-5 偶聯(lián)劑—硅烷
硅烷在樹(shù)脂中主要是起加強(qiáng)作用。通過(guò)硅烷分子 Si（ OCII 2） 3基因，在一定條件下，它能與砂粒表面的 基產(chǎn)生縮合作用，釋放出甲醇，形成硅氧鍵，這樣硅烷與沙?！斑B接”起來(lái)，另一端環(huán)氧基遇酸以后，環(huán)被打開(kāi)，它與樹(shù)脂分子的活性基因反映連接起來(lái)，這樣無(wú)機(jī)物的沙粒和有機(jī)物的樹(shù)脂之間通過(guò)硅烷的架橋作用被偶連起來(lái)了。因此樹(shù)脂對(duì)硅砂（砂粒）表面的附著強(qiáng)度大大提高了，所以樹(shù)脂自硬砂的使用機(jī)械強(qiáng)度也隨之提高了。這種增強(qiáng)作用在低粘度的高糠醇樹(shù)脂中更為明顯。
國(guó)內(nèi)用于自硬樹(shù)脂砂的硅烷偶連劑主要有以下三種硅烷衍生物：
表 2-3 國(guó)內(nèi)固化劑一覽表
生產(chǎn)廠
型號(hào)
外觀
總酸度 %
（以硫酸計(jì)）
游離硫酸
%
粘度 ( 25 ℃ ）
厘泊
使用季節(jié)
衛(wèi)東化工廠
FFD-GO3
深棕色油狀液體
25.0-27.0
10.0 以下
秋、冬、春
FFD-GO4
深棕色油狀液體
18.5-21.0
1.5 以下
春、夏、秋
FFD-GO7
25-27
4 以下
低溫、高溫
FFD-GO6
29-31
10 以下
低溫、高溫
FFD-GO9
棕色油狀
26 ± 1.5
3.5 ± 1.0
60-80
低溫、高溫
東風(fēng)化工廠
PT-1
白色或灰白色晶體
≥ 23
≤ 2
10 ℃ 以上夏秋
PT-2
白色或灰白色晶體
≥ 30
≤ 10
10 ～ -15℃冬春
XY-1
淺棕色液體
≥ 23
≤ 2
10 ℃ 以上夏秋
XY-2
淺棕色液體
≥ 29
≤ 10
10 ～ -15℃冬春
（ 1） Y—氨丙基三乙氧基硅烷，商品名稱(chēng)為 KH550，加入量為樹(shù)脂的 0.2-0.3%，可使型砂強(qiáng)度提高 50%以上。
（ 2） Y—縮水甘油丙基三甲氧基硅烷，商品名為 KH560，效果稍次于 KH550，加入量為樹(shù)脂的 0.3%。
（ 3）苯胺甲基三乙氧基硅烷（南大 -42號(hào)）
當(dāng)硅烷加入量超過(guò)一定量以后，雖然增加加入量仍能繼續(xù)提高強(qiáng)度，但提高的幅度將緩和的多，加上硅烷價(jià)格昂貴，所以*加入量為 0.2－ 0.3%即可。
硅烷加入樹(shù)脂后，隨時(shí)間的延長(zhǎng)，會(huì)遇水分解，試驗(yàn)表明，加入一周后，其增強(qiáng)作用將降低 70％，故一般都是使用前臨時(shí)加入為宜。國(guó)外也有將硅烷直接加入樹(shù)脂內(nèi)供應(yīng)的，半年內(nèi)硅烷作用仍不衰退，這與樹(shù)脂質(zhì)量和硅烷品種有關(guān)。
2 － 6 幾種輔助材料
樹(shù)脂砂對(duì)涂料的要求較粘土砂高，呋喃砂的孔隙率高，而且有機(jī)粘結(jié)劑在高溫下不能承受較長(zhǎng)時(shí)間，這就要求涂料的固體含量高，粉料粒度細(xì)，粉料及粘結(jié)劑的耐火度高，抗爆熱能力強(qiáng)等。
從溶劑上分，涂料有水基、醇基兩大類(lèi)。醇基涂料可以省去烘窯，提高效率和面積利用率，水基涂料則成本低，樹(shù)脂不會(huì)過(guò)燒，涂層質(zhì)量高（流平性及涂層厚度好）。從耐火骨料主體來(lái)分，有黑色系、白色系（淺色涂料），目前看來(lái)，對(duì)鑄鐵件而言，以石墨為主的黑色涂料仍是性能*的。至少面層涂料應(yīng)使用石墨涂料，但需添加皓英粉以提高耐火度；粉料細(xì)度均應(yīng)細(xì)于 325目，以便于底層涂料有一定滲透深度，防止?jié)B鐵和脈紋。
從制備方法上說(shuō)，用球磨機(jī)甚至膠體磨混制涂料是目前較流行的。表 2－ 4為臨安造型材料廠生產(chǎn)的幾種鑄鐵涂料的主要性能：
表 2－ 4 幾種鑄鐵涂料性能
型 號(hào)
密 度
溶劑粘度
懸 浮 性 ％
24 小時(shí)
發(fā)氣量
mL/g
急 熱
抗裂性
PH 值
LD-101
1.3-1.4
乙醇 7－ 8
97
≤ 20
無(wú)裂紋
8 － 9
LD102
1.3-1.5
水 7－ 8
97
≤ 15
無(wú)裂紋
8 － 9
脫模劑
樹(shù)脂砂型（芯）的起摸是在砂型（芯）初步硬化后進(jìn)行的，不象粘土砂那樣可以松動(dòng)一下模樣。加上樹(shù)脂，固化劑對(duì)模樣有一定的附著力或粘砂現(xiàn)象，所以如果不在模樣上涂適當(dāng)?shù)拿撃瑫?huì)給起摸造成很大的困難，模樣容易被拉壞，型腔或型芯表面也會(huì)造成不光潔，較難修補(bǔ)，直接影響鑄件尺寸精度和粗糙度，甚至造成粘砂或砂眼。
本廠研制的 ZLX— 1型樹(shù)脂砂脫模劑為不然性銀色液體，易涂自干，離型性好，一次涂刷可耐用數(shù)十次，薄膜均勻且不蓄積，不影響模型尺寸精度，涂刷面積達(dá) 6— 10M 2 /Kg，光亮銀色還可防止漏涂，可普遍使用于木模、金屬模、塑料模等。
鑄型修補(bǔ)膠粘劑
樹(shù)脂砂起模，下芯和搬運(yùn)途中，砂型（芯）有時(shí)會(huì)有破損。它不能像粘土砂那樣可進(jìn)行簡(jiǎn)單的修型操作，這就需要特殊的粘合劑將破損部分粘到原處。本廠研制的 ZN— 1型鑄型修補(bǔ)膠粘劑具有無(wú)毒、常溫自硬、粘度和粘合強(qiáng)度高、硬化快、發(fā)氣量小的優(yōu)點(diǎn)，采用塑料帶小包裝，使用方便，保存期長(zhǎng)、用量省，除了可以用于樹(shù)脂砂，水玻璃砂、油砂，含脂砂等砂型（芯）損傷的修補(bǔ)外，也可以用于芯型組合及型芯、芯撐、澆口杯的固定及作為芯頭防嗆火密封材。
澆口陶管
澆口陶管有φ 15—φ 150等口徑。分直管、彎頭、三通等形狀。應(yīng)具有一定耐火度并可被鋸斷的性能。直澆口和底注內(nèi)澆口都可采用。不僅可以簡(jiǎn)化造型分箱，且可防止?jié)部趦?nèi)沖砂等缺陷，克服了深澆口刷涂料的困難，使用時(shí)先將陶管按所需高度鋸好或接長(zhǎng)用膠紙貼住，再貼上彎頭，造型時(shí)埋在沙里即可。不難設(shè)想，只有在不需用力搗實(shí)的自硬砂互藝中才有必要和可能采用陶管澆口。
其它
如封火條、分型劑、濾渣片（網(wǎng)）、型芯通氣管等等，也都隨著樹(shù)脂砂互藝的推行而被開(kāi)發(fā)出來(lái)，目前輔助材料也逐步轉(zhuǎn)向生。
第三章 自硬呋喃樹(shù)脂砂的工藝性能
3 — 1 呋喃砂的硬化特性
呋喃砂的硬化反應(yīng)從樹(shù)脂加入到已予混（即已加入固化劑）的混合料的瞬間起就開(kāi)
始進(jìn)行，圖 3— 1為經(jīng)時(shí)硬化特性曲線一例。
以上曲線是將混制出的型砂立即做出抗拉試塊，然后經(jīng)過(guò) 1小時(shí)、 2小時(shí)、 3小時(shí)、…… 24小時(shí)，每次分別刷 3個(gè)以上試樣的抗拉強(qiáng)度，取平均值作為該時(shí)刻的抗拉強(qiáng)度值所繪制出來(lái)的強(qiáng)度——時(shí)間曲線。
從曲線可以看出，開(kāi)始有一個(gè)孕育期，這時(shí)反應(yīng)很緩慢，強(qiáng)度上升慢，然后強(qiáng)度迅增，到 5小時(shí)以后強(qiáng)度的上升又緩慢了，到 24小時(shí)后則升高非常緩慢，基本趨于穩(wěn)定值，故將 24小時(shí)的強(qiáng)度定為“終強(qiáng)度”。作硬化特性曲線應(yīng)選用標(biāo)準(zhǔn)砂制作式樣，以便互相比較。
隨樹(shù)脂、固化劑的種類(lèi)和加入量的不同，以及溫度、濕度的不同，硬化曲線也各異，但硬化的三個(gè)階段是基本相同的。
二、樹(shù)脂砂可使時(shí)間
樹(shù)脂砂混制好以后，即開(kāi)始了樹(shù)脂的固化反應(yīng)，如果混制好以后停留一段時(shí)間再造型，則會(huì)將已經(jīng)交聯(lián)起來(lái)的部分樹(shù)脂鏈重新破壞，使得終強(qiáng)度惡化。所以剛混出的型砂做出的試樣強(qiáng)度*高。如果將混制好的樹(shù)脂砂每隔一定時(shí)間作出一組式樣，分別測(cè)定他們的 24小時(shí)終強(qiáng)度，可以作出象圖 3— 2那樣的曲線。我們將終強(qiáng)度為剛混制好砂的式樣終強(qiáng)度 70%的試樣制作時(shí)間稱(chēng)為可使用時(shí)間。超過(guò)可使用時(shí)間的秒，流動(dòng)性惡化，給制芯帶來(lái)困難，甚至無(wú)法做成，做成的強(qiáng)度也低，充填密度也小，表面穩(wěn)定性也差，容易引起沖砂和傻眼缺陷。所以樹(shù)脂砂造型制芯的原則之一就是混好的砂要盡快成型，要在可使用時(shí)間之內(nèi)完成造型操作。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)上判定可使時(shí)間的方法，一般是當(dāng)型砂開(kāi)始
發(fā)粘，呈粘連，即認(rèn)為已超過(guò)了可使用時(shí)間。
三、可起模時(shí)間
樹(shù)脂砂造型制芯后，須等型砂建立一定強(qiáng)度后才可起模，否則型和芯繼續(xù)發(fā)生變形和破裂等，一般認(rèn)為型砂抗壓強(qiáng)度達(dá)到 １ .4Kg /cm 2，作為可起模強(qiáng)度，將這段時(shí)間稱(chēng)為可起模時(shí)間。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)可通過(guò)經(jīng)驗(yàn)判定起模時(shí)間，一般手持釘子向砂型（芯）中扎不進(jìn)去時(shí)，被認(rèn)為是可以進(jìn)行起模了。見(jiàn)圖 3— 3所示 .
3 — 2 影響呋喃砂硬化特性的因素
影響呋喃樹(shù)脂砂硬化特性的*主要因素是樹(shù)脂與固化劑的品種及加入量（固化劑占樹(shù)脂重量的比例），此外原砂的含水量耗酸量及溫度、環(huán)境的溫度與濕度等也對(duì)樹(shù)脂砂的硬化特性有一定影響。
環(huán)境溫度和濕度
硬化速度隨環(huán)境溫度升高而加快，可使用時(shí)間也隨之減少。理想的環(huán)境溫度一般為 20
— 30℃，一般溫度高，初強(qiáng)度與終強(qiáng)度也高些，可起摸時(shí)間縮短。但當(dāng)環(huán)境溫度達(dá) 40℃時(shí)初強(qiáng)度隨較好，但終強(qiáng)度卻比 15℃還要低。
硬化反應(yīng)是一個(gè)縮合反應(yīng)，有水分折出，所以環(huán)境濕度大影響硬化反應(yīng)的進(jìn)行，降低初強(qiáng)，也降低終強(qiáng)度。
為此，根據(jù)氣溫與濕度的變化，需調(diào)節(jié)固化劑的品種和加入量。
砂溫
在 35℃以下時(shí)，提高砂溫，不僅硬化快，而且終強(qiáng)度高，但超過(guò) 40℃的砂，使型砂可使用的時(shí)間大大縮短，終強(qiáng)度和表面穩(wěn)定性也會(huì)降低。
砂溫低于 5℃，則硬化困難。為此，對(duì)于混碾前的砂預(yù)先進(jìn)行調(diào)溫處理，尤其是舊砂回用情況下，舊砂再生后溫度仍可達(dá) 90℃左右，經(jīng)過(guò)砂冷卻裝置后，將砂溫降到 35℃以下使用。
其他影響硬化特性的因素
原砂耗酸量高，需耗費(fèi)一定量固化劑以中和砂中堿性物質(zhì)，故降低硬化速度和終強(qiáng)度。原砂中水分含量高影響硬化速度和終強(qiáng)度。加入緩凝劑（如氯化鈣）可以減緩硬化速度和延長(zhǎng)可使時(shí)間。
3 — 3 自硬呋喃樹(shù)脂砂的性能
表面穩(wěn)定性
將經(jīng) 24小時(shí)硬化后的φ 50× 50試樣稱(chēng)重 W 1；然后放在 14目篩上振動(dòng) 2分鐘，再稱(chēng)重 W 2，則表面穩(wěn)定性為：
SSI=W 2/W 1 × 100 ％
砂型（芯）表面穩(wěn)定性不足會(huì)導(dǎo)致沖砂及砂眼、機(jī)械粘砂等缺陷，一般來(lái)說(shuō)表面穩(wěn)定性的好壞與型砂常溫強(qiáng)度的高低是一致的。增加樹(shù)脂加入量，選擇合適的固化劑品種及加入量，不超過(guò)可使用時(shí)間，造型時(shí)適當(dāng)?shù)木o實(shí)，芯盒填砂面用刮刀墁平等等都可提高表面穩(wěn)定性。
生產(chǎn)上要求砂型（芯）的互作表面（即與鐵水接觸的表面）穩(wěn)定性應(yīng)大于 90%，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)判定方法是用手指摩擦硬化后的型（芯）表面，一般以摸不下砂粒為準(zhǔn)。
透氣性
它與硬化速度無(wú)關(guān)，與砂的粒型和粒度組成有關(guān)，顆粒越小，粒度越分散，含微分越多則透氣性越差，粘結(jié)劑加入量多也影響透氣性。
透氣性好是呋喃樹(shù)脂砂的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，他彌補(bǔ)了有機(jī)鑄型發(fā)氣量大的優(yōu)點(diǎn)，但也不可忽視采用集中通氣等方式解決砂型和型芯的通氣。
發(fā)氣量
呋喃樹(shù)脂是有機(jī)粘結(jié)劑，型砂發(fā)氣量主要與樹(shù)脂的成分和加入量有關(guān)。脲醛的發(fā)起量大，而糠醇和甲醛的發(fā)氣量低。加入量大，發(fā)氣量相應(yīng)增大而且發(fā)氣時(shí)間也延長(zhǎng)，但與發(fā)氣的增長(zhǎng)率不成比例。圖 3— 4為樹(shù)脂加入量與發(fā)氣量的變化關(guān)系。千方百計(jì)降低樹(shù)脂加入量之所以成為樹(shù)脂砂互藝*基本的問(wèn)題之一，除了經(jīng)濟(jì)上的原因之外，也是為了盡量降低砂型發(fā)氣量，以減少鑄件的氣孔、嗆火等缺陷。由于發(fā)氣量與型砂灼減量成正比（見(jiàn)圖 3— 5），為方便起見(jiàn)，生產(chǎn)廠常以測(cè)定型砂灼熱減量的方法代替測(cè)定發(fā)氣量。
潰散性
其指標(biāo)用高溫殘留強(qiáng)度高低來(lái)反映。將試樣經(jīng) 24小時(shí)硬化后放在 100、 200、 300℃的電爐中保持一定時(shí)間，取出冷卻至室溫，測(cè)定其抗壓強(qiáng)度。殘留抗壓強(qiáng)度越低，說(shuō)明潰散性越好。一般說(shuō)呋喃砂潰散性比較好， 500℃左右殘留強(qiáng)度為零。
實(shí)際砂型澆注后，由于樹(shù)脂砂導(dǎo)熱性較差，靠近鐵水部分的砂層經(jīng)受高溫顯示出較好的潰散性，但離鐵水稍遠(yuǎn)一些的砂層受到熱作用較小，殘留強(qiáng)度仍然很高。為了防止熱裂和清砂方便，應(yīng)在造型時(shí)采取降低砂鐵比的各種措施，以提高宏觀潰散性。
高溫強(qiáng)度
是指式樣在高溫（如 900℃）狀態(tài)下測(cè)得的強(qiáng)度。對(duì)于有機(jī)系鑄型而言，要保證鑄型經(jīng)受住金屬溶液的熱沖擊，是鑄件凝固前鑄型不至于過(guò)早潰散。提高高溫強(qiáng)度主要通過(guò)提高樹(shù)脂中糠醇的比例。另外，砂中添加少量氧化鐵或硼酸等添加劑，或采用膨脹小耐熱性好的鋯砂，鉻礦砂也可以提高熱強(qiáng)度。
第四章 樹(shù)脂砂的操作工藝
4 — 1 呋喃砂的混制
一、型砂配制程序
為了使樹(shù)脂、固化劑、偶聯(lián)劑能在*短的時(shí)間里均勻復(fù)蓋在砂粒表面，需利用混砂機(jī)混制。根據(jù)混制的程序不同，分為單砂雙混法和雙砂三混法二種，它們的混制程序如圖所示。
砂 + 固 化 劑 砂 + 固 化 劑 砂 + 樹(shù) 脂
根據(jù)混砂機(jī)構(gòu)造不同分為連續(xù)式混砂機(jī)和間歇式混砂機(jī)兩種。連續(xù)式混砂機(jī)一般為攪籠式。固化劑和樹(shù)脂分別通過(guò)定量泵先后加進(jìn)（單砂雙混）或分別加進(jìn)（雙砂三混法）攪籠里的砂中被螺旋葉片混合均勻后連續(xù)放出。間歇式混砂機(jī)有低速的普通攪拌機(jī)和高速旋轉(zhuǎn)的碗形混砂機(jī)。需要指出的是，當(dāng)樹(shù)脂加入已混和有固化劑的砂中后，應(yīng)該在數(shù)秒鐘至半分鐘內(nèi)混好盡快出砂造型，不可在混砂機(jī)內(nèi)混制時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。
二、樹(shù)脂與固化劑的加入量
隨著樹(shù)脂加入量增加，呋喃砂的終強(qiáng)度將增加。一般抗拉強(qiáng)度應(yīng)大于 8— 10Kg /cm 2或抗壓強(qiáng)度大于 25— 30Kg /cm 2即可。這時(shí)還應(yīng)考慮型（芯）的大小，復(fù)雜程度以及鐵水壓頭高低等因素，過(guò)高的強(qiáng)度是不必要的，不僅浪費(fèi)昂貴的粘結(jié)劑，而且增加發(fā)氣性促成氣孔類(lèi)缺陷，同時(shí)降低潰散性增加落砂出芯的困難。
4 — 2 造型制芯操作
模樣準(zhǔn)備
可以采用木模、金屬模和環(huán)氧樹(shù)脂塑料模，對(duì)單件要求不高的鑄件還可使用泡沫塑料做的一次性模樣。
冬季使用金屬?；蚪饘傩桶鍟?huì)影響硬化，盡可能采用木模。模樣的拔模斜度適當(dāng)增大，芯盒盡量做成脫開(kāi)式或稻桶式，對(duì)限制拔模斜度的模樣可做成抽芯式。澆注系統(tǒng)和圓角盡量在模樣上做出，起模螺栓應(yīng)裝置緊固。
造型前應(yīng)檢查模樣是否完好齊全，木模表面應(yīng)平整光滑，不得有裂紋、劃痕，并在造型制芯前涂上脫模劑。放砂前要仔細(xì)檢查活塊是否齊全到位。
芯骨與吊攀的準(zhǔn)備
制芯前應(yīng)準(zhǔn)備好必要的芯骨與吊攀。由于樹(shù)脂砂強(qiáng)度高，芯骨可以大大簡(jiǎn)化，一
般不必作整體鑄鐵芯骨，可以通過(guò)散插鐵棒，但也要考慮到起模、搬運(yùn)、下芯合箱、澆注時(shí)的鐵水浮力等等對(duì)泥芯剛性及強(qiáng)度的要求，放置足夠的芯骨，對(duì)大泥芯可放入鑄鐵龍骨，吊攀下鉤處注意插橫擔(dān)鐵條。
造型緊實(shí)
樹(shù)脂砂流動(dòng)性好，自緊實(shí)性能好。但造型中仍需十分注意凹處、角部、活塊凸臺(tái)下等不易充填部位的緊實(shí)操作。緊實(shí)可用木棒搗、用手塞，填砂面可用腳踩或木錘緊實(shí)。緊實(shí)不好的鑄型或局部表面，其表面穩(wěn)定性差，容易造成機(jī)械粘砂（滲鐵）、沖砂及砂眼，而且起模后鑄型的疏松難以修補(bǔ)。
放砂和緊實(shí)中要注意模樣活塊、澆口棒、出氣及冒口棒、澆口陶管等的移動(dòng)和松動(dòng)。直澆口棒及出氣、冒口棒應(yīng)在造型后幾分鐘內(nèi)拔出。
入砂中對(duì)于連續(xù)混砂機(jī)的頭砂，因樹(shù)脂量和固化劑量不正常，應(yīng)接放在提桶時(shí)里當(dāng)背砂使用。否則鑄型內(nèi)表面有局部不硬化或強(qiáng)度不夠時(shí)往往要整箱敲掉。
要重視直澆口處型砂的強(qiáng)度，因直澆口表面穩(wěn)定性不夠引起的沖砂往往是造成鑄件砂眼缺陷的重要原因。同樣，對(duì)于與鐵水接觸的芯盒添砂面，為增強(qiáng)表面穩(wěn)定性，應(yīng)及時(shí)用墁刀刮平。
大砂箱造型時(shí)，放砂時(shí)間有可能超過(guò)樹(shù)脂砂的可使用時(shí)間，因此要注意放砂的推進(jìn)路線，對(duì)已開(kāi)始反應(yīng)的部分盡量不要再去挖動(dòng)，所以放砂前一定要做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，包括思想上的充分準(zhǔn)備，尤其要周密計(jì)劃好吊攀的放置方向及部位。對(duì)填砂面的吊攀應(yīng)在造型后即使挖出吊攀頭部。
對(duì)于非型板模樣多箱造型時(shí)，應(yīng)在分裂面上刷一層分型劑（一般用滑石粉）
起模與修型
樹(shù)脂砂起模時(shí)間要控制適當(dāng)，過(guò)早易變形，太尺起模困難，因此，一般在造型后約半小時(shí)左右，用洋釘（ 3“— 4”）向鑄型里扎，若扎不進(jìn)去時(shí)，一般說(shuō)來(lái)即可進(jìn)行起模了。由于樹(shù)脂砂型起模是在半硬化狀態(tài)下進(jìn)行的，所以需利用較大的沖擊力，這時(shí)要注意起模樣的平衡性，不要用鐵榔頭直接敲擊木模，應(yīng)墊上木塊或用橡膠、塑料、木制榔頭。拆芯盒時(shí)要注意每個(gè)活動(dòng)部分的起模順序與起出方向，挖出吊攀頭部。
對(duì)于起?；虬徇\(yùn)中不慎破損的部分，成塊的可涂專(zhuān)用的型芯修補(bǔ)粘合劑后回原處，必要時(shí)用釘子加固，其它破損處可用新混制時(shí)樹(shù)脂砂填補(bǔ)，并用墁刀刮平。
修過(guò)的部分，其強(qiáng)度和表面穩(wěn)定性較差，所以*主要的是要很仔細(xì)小心的做好起
模、搬運(yùn)、翻轉(zhuǎn)等互作，*限度的減少修行操作。
造型與制芯時(shí)要特別注意放好出氣。
上涂料
剛起模的型和芯不易立即上涂料，因?yàn)檫@時(shí)樹(shù)脂的硬化反應(yīng)還處在初級(jí)階段，遇到涂料中的水分（溶劑）影響硬化的正常進(jìn)行。若使用酒精快干涂料，需立即點(diǎn)火燃燒，又會(huì)使未反應(yīng)完全的樹(shù)脂過(guò)燒，這些都會(huì)降低鑄型（芯）的表面穩(wěn)定性。一般應(yīng)在造型后 4— 8小時(shí)以后才可進(jìn)行上涂料作業(yè)。
為防止溶劑和水分過(guò)多地滲進(jìn)型芯深出，影響涂層的干燥程度，并保證涂層厚度以提高抗金屬滲透能力，涂料須有一定濃度。在涂刷性能（如流平性、易涂性等）可以的情況下，應(yīng)保證涂料濃度有 30“ Be以上為宜。涂前攪拌均勻。
刷涂料要自上而下進(jìn)行，不要使涂料流掛堆積、應(yīng)涂刷均勻、減少刷痕，還要注意不得漏涂，整個(gè)澆注系統(tǒng)都須涂到，在不便涂刷時(shí)防止?jié)部谔展?。為了合箱時(shí)不使砂粒掉入型腔，蓋箱頂面的澆冒口、出氣空上也要刷上涂料。但在芯頭部位不要上涂料，以免影響配模精度和阻礙排氣，這一點(diǎn)在浸涂時(shí)尤應(yīng)注意。
醇基涂料上好后應(yīng)及時(shí)點(diǎn)燃自干。為了提高涂料的燃燒性能，應(yīng)選用 95%以上酒精作為稀釋溶劑。水基涂料上好后應(yīng)進(jìn)烘房在 150— 180℃下烘干 1— 2小時(shí)。涂料的充分干燥對(duì)防止氣孔至關(guān)重要，在燃燒不良的情況下應(yīng)用噴槍補(bǔ)充干燥，但注意火力不要過(guò)猛，引起樹(shù)脂過(guò)燒。
下芯盒箱
一般與粘土砂同。樹(shù)脂砂強(qiáng)度高，配模時(shí)容易操作，但需注意以下幾點(diǎn)：
因燒注中發(fā)氣量大，要注意在箱上的行腔高點(diǎn)、芯頭端部留出氣孔，以使行腔內(nèi)和型芯內(nèi)的氣順利排出。
要采取防止鐵水鉆芯頭的措施，以避免槍火和氣孔。
吊攀頭部要用新混制的砂修平并上涂料和點(diǎn)干。吊攀處修補(bǔ)時(shí)應(yīng)插上合適長(zhǎng)度的釘子。
為防止抬箱跑火，砂箱卡子應(yīng)緊固并緊固好，分型面應(yīng)放封火泥或石棉繩。
為保證鐵水壓頭，所有澆口杯、冒口圈和出氣口圈等的安放均需粘牢型面或埋住，以防跑火。
合好的箱應(yīng)墊空放置，以利低面也能通暢排氣。
下芯后合箱前應(yīng)將芯頭上下左右的間隙塞實(shí)墊平，以防型芯竄動(dòng)或漂浮，浮砂須吹（吸）凈。合箱前在對(duì)鑄型整體用噴槍烘干一次。冷鐵、芯撐等應(yīng)干燥清潔無(wú)銹蝕。
4 — 3 澆注、開(kāi)箱及清理
澆注
為了減少澆注過(guò)程的發(fā)氣量，澆注系統(tǒng)一般設(shè)計(jì)得較粘土砂大。澆注時(shí)應(yīng)貫徹快速、不斷流、嚴(yán)格擋渣、及時(shí)點(diǎn)火引氣等原則。為了不使鐵水變成紊流、卷入空氣促使樹(shù)脂燃燒引起氣孔和夾渣缺陷，澆注時(shí)要使直澆口始終處于充滿狀態(tài)。
為了開(kāi)箱方便、延長(zhǎng)砂箱使用壽命，要求澆注后當(dāng)冒口圈和澆口杯凝固后，趁熱將砂箱頂面溢流出的披縫鐵敲掉，并將澆口杯搬掉。
其他澆注應(yīng)注意事項(xiàng)與粘土砂同。
開(kāi)箱與落砂除芯
樹(shù)脂砂保溫性能好，澆注后鑄件冷卻較慢，對(duì)易裂和易產(chǎn)生白口的鑄件應(yīng)比粘土砂延長(zhǎng)開(kāi)箱時(shí)間。而對(duì)那些有硬度要求的鑄件則可適當(dāng)提早開(kāi)箱或?qū)⒕植刻崆俺バ蜕?，使該部位裸露在空氣中冷卻。
原則上應(yīng)先開(kāi)箱，吊出或翻出鑄件后，再將砂箱放在落砂機(jī)上落砂，以免鑄件被碰壞。由于靠近鑄件的型砂層已潰散，所以落砂前開(kāi)箱和取出鑄件并不十分困難。
除芯作業(yè)因型砂的潰散，一般用互具或風(fēng)槍進(jìn)行即可。樹(shù)脂固化后不溶于水，所以一般不采用水力清砂。
其他要求與粘土砂要求相同。
樹(shù)脂砂造型芯互藝參數(shù)
澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
樹(shù)脂砂澆注系統(tǒng)的基本原則是：快速（大流量）封閉、防止紊流與氣體卷入，保證壓頭。
澆注速度
計(jì)算方法可參照粘土烘砂，但澆注速度應(yīng)盡量快，一般說(shuō)來(lái)， 500Kg以下鑄件澆就時(shí)間不超過(guò) 20秒為宜； IT重鑄件不超過(guò) 40秒；即使 2— 3T重的鑄件也盡量在 1分鐘內(nèi)澆注完畢。
快速澆注有利于較快建立壓頭，使鑄型大量發(fā)氣以前做到?jīng)_心充型完畢。這樣既
有力于防止氣孔缺陷，也有利于減少鑄件的熱粘砂和冷隔。
澆口型式與澆口比
對(duì)于高度較小的鑄件可以將內(nèi)澆口開(kāi)在分型面上，但較高鑄件應(yīng)優(yōu)先采用底注澆口。
推薦采用 F直： F橫： F內(nèi) =1.5： 1.25： 1.0那樣的封閉加壓澆注系統(tǒng)。可以較好的避免氣體被卷入型腔，同時(shí)擋渣效果也好。
對(duì)于長(zhǎng)度較大的鑄件，在行車(chē)距離允許的情況下，為了加快澆注速度和均勻緊鐵水，可設(shè)置二道直澆口從兩端同時(shí)澆注。
對(duì)于階梯澆口，應(yīng)盡量避免上層輔助澆口過(guò)早進(jìn)鐵，為此上下內(nèi)澆口*有各自的直澆口。
冒口與出氣孔
樹(shù)脂砂在鐵水表層凝固前的剛性好、強(qiáng)度高，不易發(fā)生脹砂和型壁遷移，依靠鐵水凝固期間的石墨化膨脹有一定的自補(bǔ)縮能力，冒口比粘土砂的小，可以改用出氣冒口或溢流冒口。
但應(yīng)多設(shè)頂部出氣口，以保證行腔中的氣體盡快排出。在外型的各部分芯座上應(yīng)盡量做出與大氣相通的通氣孔，以保證型芯中氣體順利逸出。
5 — 2 互藝設(shè)計(jì)參數(shù)
收縮率
樹(shù)脂砂對(duì)鑄件收縮率的影響較為復(fù)雜。一方面，由于芯骨簡(jiǎn)化、潰散性好、對(duì)收縮阻礙小，另一方面，樹(shù)脂砂熱膨脹系數(shù)大，樹(shù)脂粘結(jié)劑也有一定的熱強(qiáng)度，使收縮率有減小的因素。故在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)樹(shù)脂砂鑄件的收縮率可以在 0.8— 1.4%范圍內(nèi)變動(dòng)?？偟膬A向是縱長(zhǎng)方向收縮率較橫向的大；外型的收縮（包括形成外型的型芯）較芯型的大；長(zhǎng)大鑄件的收縮較小鑄件來(lái)的大。但樹(shù)脂砂鑄件的同一處的尺寸在相同條件下的收縮率其復(fù)現(xiàn)性較好，因此對(duì)于要求較高的尺寸可通過(guò)試制加以修正，能夠找出較為標(biāo)準(zhǔn)的收縮系數(shù)。一般設(shè)計(jì)中，可試采用外型（包括外型芯） 1.0— 1.2%，型芯 0.8— 1.0%的收縮率。
吃砂量
可取比粘土砂小的多的吃砂量。主要根據(jù)鑄件的大小、壁厚不同來(lái)選取。一般距砂箱壁的吃砂量可取 20— 50mm即可。上下面的吃砂量可取 50— 100mm，蓋箱頂面吃砂
量還應(yīng)考率鐵水壓頭的需要適當(dāng)增高，否則需通過(guò)冒口圈、出氣孔圈、澆口杯的高度來(lái)補(bǔ)充，這時(shí)要注意粘合良好，防止圈底杯底跑火。
芯頭間隙與分裂系數(shù)
芯頭間隙應(yīng)小，避免漂芯或型芯退讓。根據(jù)型芯大小不同芯頭間隙可取 0— 1.5mm，分型負(fù)數(shù)原則上可以不放。
拔模斜度
樹(shù)脂砂模樣的拔模斜度較粘土砂略大。有些鑄件不允許有拔模斜度處可采用抽芯方法制模樣或用脫開(kāi)式芯盒。使用優(yōu)良的脫模劑可以使拔模斜度稍小一些。
加互余量
樹(shù)脂砂鑄件尺寸準(zhǔn)確，直線度也好。加互余量可減少 1/3。
呋喃樹(shù)脂砂鑄件缺陷及其對(duì)策
6 — 1 氣孔與針孔
產(chǎn)生原因
樹(shù)脂添加量過(guò)多，樹(shù)脂中氮含量過(guò)高。
醇基涂料的溶劑中有變質(zhì)酒精、含水分較多或涂料的濃度太低。
水基涂料干燥不充分。
造型互藝方案不良。其中影響較大的因素有：澆注速度過(guò)慢；通氣方案不良；澆注系統(tǒng)尺寸合比例不當(dāng)；壓頭太低。
回收再生砂的灼減量過(guò)高。
造型（芯）后尚未充分固化就過(guò)早合箱澆注，造成發(fā)起量過(guò)大。
造型操作不當(dāng)。如芯鐵外露，芯頭鉆鐵等。
防止氣孔類(lèi)缺陷的措施
針對(duì)以上各條產(chǎn)生原因，采取以下相應(yīng)對(duì)策：
選擇含 N量較低的樹(shù)脂，并千方百計(jì)降低樹(shù)脂添加量，即（ 1）選用粒型圓整、粒度適中、含微粉量低、耗酸量低的原砂；（ 2）添加偶聯(lián)劑；（ 3）選用強(qiáng)度性能好的樹(shù)脂及適當(dāng)?shù)墓袒瘎┑?，盡可能將樹(shù)脂添加量將至砂重的 1.2%以下。
重視涂料的溶劑質(zhì)量；涂刷前對(duì)涂料充分?jǐn)嚢?，濃度?yīng)大于 30“ Be；涂刷料后即時(shí)點(diǎn)火干燥。
使用水基涂料后應(yīng)在小于 180℃溫度下烘烤 1— 2小時(shí)以上，務(wù)使涂料充分干燥。
制定互藝方案時(shí)要注意提高澆注速度，合理有效的設(shè)計(jì)通氣；掌握快速、封閉、底注、不紊流的設(shè)計(jì)原則。
使回收砂灼減量控制在 3.0— 3.5%以下。主要措施是盡量降低砂鐵比，選擇優(yōu)良的再生設(shè)備，注意再生砂的管理。
型芯*隔天使用，鑄型也應(yīng)在造型 4— 6小時(shí)以后再上涂料及合箱澆注。
嚴(yán)格造型（芯）、配模操作。芯骨不要外漏，芯頭要有防止鉆鐵措施，以免嗆火造成氣孔缺陷。
以上主要討論了因呋喃鑄型本身而造成的侵入型氣孔缺陷，實(shí)際生產(chǎn)中因鐵水溫度及溶煉質(zhì)量等因素引起的氣孔比例也不小，要注意具體分析、對(duì)癥下藥。
6 — 2 機(jī)械粘砂與脈紋
產(chǎn)生原因
型砂骨料粒度分布不當(dāng)及造型（芯）時(shí)緊實(shí)度太低。
涂料耐火度低、涂層厚度不夠。
新砂用量較大時(shí)易產(chǎn)生滲鐵與脈紋，尤其當(dāng)新砂的 SiO 2含量很高時(shí)。
造型操作不當(dāng)引起的型砂強(qiáng)度過(guò)低、表面穩(wěn)定性差，促使粘砂脈紋的發(fā)生。如使用超過(guò)了可使時(shí)間的型砂，連續(xù)式混砂機(jī)的頭砂尾砂充當(dāng)面砂，修模型砂（芯）表面時(shí)引起的表面穩(wěn)定性降低、砂溫過(guò)高等。
防止粘砂及脈紋的措施
針對(duì)以上各條產(chǎn)生的原因，采取以下相應(yīng)對(duì)策：
使砂的粒度分布范圍適當(dāng)加寬，如選用 30/70目砂時(shí)，粒砂的集中分布分散到 30、 40、 50、 70四個(gè)篩號(hào)上。造型（芯）時(shí)要保證各部位面砂的緊實(shí)度。尤其注意死角處搭子下等不易緊實(shí)的部位。
保證涂料質(zhì)量，尤其是耐熱性、骨料細(xì)度、固相成分含量（濃度或波美度）等性能，同時(shí)上涂料操作要保證涂刷質(zhì)量和厚度、防止漏涂等。
舊砂再生回用是減輕和防止機(jī)械粘砂與脈紋*有效的措施。
注意操作保證鑄型（芯）強(qiáng)度和表面穩(wěn)定性?；焐皶r(shí)砂溫應(yīng)控制在 40℃以下。
砂中加入適量氧化鐵粉或使用鉻礦砂。澆注溫度不宜過(guò)高。
6 — 3 沖砂與砂眼
發(fā)生原因
澆口表面粗糙、涂料未涂到或涂層厚度不足往往是引起沖砂成砂眼的重要原因。
造型（芯）操作不當(dāng)引起表面穩(wěn)定性差。如緊實(shí)不足、型（芯）面修模粗糙、修補(bǔ)處或填補(bǔ)吊攀處未達(dá)到強(qiáng)度和粘合的牢固性不夠，超過(guò)了可使用時(shí)間的型砂等等都有可能發(fā)生沖砂引起砂眼缺陷。
對(duì)策
澆口棒應(yīng)光潔。橫澆口和內(nèi)澆口*用橫樣做出。各部位澆口都要認(rèn)真上好涂料，對(duì)于較深的直澆口，底注內(nèi)澆口可用陶管做出。
嚴(yán)格造型操作，保證型面的表面穩(wěn)定性，配模合箱前要將型腔內(nèi)浮砂吹（吸）凈。
注意涂料質(zhì)量和涂刷質(zhì)量。
6 — 4 硬度
呋喃鑄型冷卻速度較慢，凝固過(guò)程中石墨周?chē)a(chǎn)生鐵素體有時(shí)硬度達(dá)不到要求。對(duì)此可考慮以下措施。
適當(dāng)降低碳當(dāng)量。
鐵水中添加極少量珠光體穩(wěn)定元素如 Cr、 Cu、 Sn等。
采用冷鐵或碲粉涂料等。
在不至于發(fā)生變形及裂紋情況下，提早開(kāi)箱或?qū)植坎扇★L(fēng)冷措施。
6 — 5鑄件尺寸精度超差
木?；蛐桶宓淖冃位蚴湛s率不正確、芯頭間隙過(guò)大、芯頭固定不良引起型芯漂浮、定位銷(xiāo)的誤差或錯(cuò)偏、模樣活快在放砂時(shí)松動(dòng)、芯撐固定不良等都是造成鑄件尺寸精度超差的常見(jiàn)原因，主要對(duì)策一是強(qiáng)調(diào)模樣的質(zhì)量、二是強(qiáng)調(diào)操作的嚴(yán)格認(rèn)真。
6 — 6 夾渣及燒結(jié)粘砂
解決辦法主要是：加快澆注速度、注意澆口的封閉性，提高涂料質(zhì)量、提高型砂及涂料的高溫強(qiáng)度。
第七章、自硬砂樹(shù)脂砂工藝問(wèn)答
1 ．為什么磷酸多用作高氮呋喃自硬樹(shù)脂的固化劑，而很少用作低氮呋喃自硬樹(shù)脂的固化劑？
這是因?yàn)榈偷呖反紭?shù)脂，采用酸做固化劑時(shí)，硬化速度慢，脫模時(shí)間長(zhǎng)，且強(qiáng)度很低。
高氮低糠醇樹(shù)脂使用磷酸做固化劑可獲得必要的硬化速度。而且，高氮低糠醇樹(shù)脂采用磷酸作催化劑可獲得很好的終強(qiáng)度。
造成這種結(jié)果的原因主要是由于磷酸與糠醇的互溶性差，而與水的親和力大，使得樹(shù)脂和催化劑中所含的水分以及樹(shù)脂在縮聚反應(yīng)中生成的水不易擴(kuò)散排出而以磷酸為核心生成水滴殘存于樹(shù)脂膜中，破壞了樹(shù)脂膜的致密性，故強(qiáng)度較低。而高氮樹(shù)脂與水的互溶性好，各種水分不易以磷酸為核心集中為水滴，樹(shù)脂膜結(jié)構(gòu)好，強(qiáng)度高。
2 ．為什么酚脲脘自硬樹(shù)脂的硬透性比呋喃自硬樹(shù)脂砂好？
因?yàn)榉与咫錁?shù)脂的固化過(guò)程是聚合反應(yīng)，固化過(guò)程中不產(chǎn)生小分子的水，不存在因型內(nèi)外水分的揮發(fā)速度不同使其內(nèi)外固化速度不一致的問(wèn)題，而呋喃自硬樹(shù)脂的固化過(guò)程是縮聚反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生水分，因型芯內(nèi)外的水分蒸發(fā)速度不同，導(dǎo)致了其內(nèi)外固化速度不同，故其硬透性差些。這也是呋喃自硬樹(shù)脂砂的固化速度受空氣相對(duì)濕度影響較大的原因。
3 ．為什么生產(chǎn)鑄鋁，鑄銅件可以選用高氮呋喃樹(shù)脂？
由于鋁、銅金屬液對(duì)氮幾乎不溶解，因此，即使使用高氮樹(shù)脂在澆注過(guò)程中樹(shù)脂分解產(chǎn)生的氮，也不會(huì)被鋁、銅金屬液吸收，也就不會(huì)在凝固過(guò)程中因析出氮而形成氮?dú)饪住Ｒ虼?，生產(chǎn)鑄鋁、鑄銅件可以為潢足潰散性的需要而選用高氮樹(shù)脂。
4 ．為什么自硬樹(shù)脂砂生產(chǎn)重量大的鑄件，澆注系統(tǒng)宜于用陶瓷管制作？
采用自硬樹(shù)脂砂造型，當(dāng)生產(chǎn)重量較大的鑄件時(shí)，由于澆注時(shí)間長(zhǎng)，澆注系統(tǒng)在高溫金屬液的長(zhǎng)時(shí)間熱作用下，易使樹(shù)脂砂過(guò)早潰散喪失強(qiáng)度，造成沖砂缺陷，因此，對(duì)重量較大的鑄件，澆注系統(tǒng)宜用陶管制作，同時(shí)使?jié)沧⑾到y(tǒng)特別是直澆道不易上涂料的問(wèn)題得到解決。
5 ．采用自硬樹(shù)脂砂造型、制芯時(shí)，如何確定樹(shù)脂砂的可使用時(shí)間是否滿足要求？
當(dāng)采用間歇式混砂機(jī)時(shí)，樹(shù)脂砂的可使用時(shí)間要大于樹(shù)脂砂從混好卸砂到用完的這段時(shí)間；當(dāng)采用連續(xù)式混砂機(jī)造型、制芯時(shí)，樹(shù)脂砂的可使用時(shí)間要大于從混砂機(jī)的出砂口起始放砂位置到又回到該位置連續(xù)放砂的這段時(shí)間。
6 ．自硬樹(shù)脂砂用模樣的撥模斜度為什么要比粘土砂大些？
樹(shù)脂砂型芯在起模時(shí)已具有一定的硬化強(qiáng)度，無(wú)退讓性，一般不能通過(guò)敲擊模樣和芯盒
框使砂型或砂芯壁來(lái)達(dá)到松動(dòng)模樣，起模時(shí)摩擦力較大；樹(shù)脂砂型與砂芯的可修補(bǔ)性差，起模時(shí)，砂型，芯一旦不完整，較難修補(bǔ)。
7 ．樹(shù)脂砂工藝生產(chǎn)鑄鐵為什么宜少設(shè)被縮冒口，多設(shè)出氣冒口？
樹(shù)脂砂型剛度好，澆注初期砂型強(qiáng)度高，這就有條件利用鑄鐵凝固過(guò)程的石墨化膨脹，有效地消除縮孔、縮松缺陷，實(shí)現(xiàn)灰鑄鐵、球墨鑄鐵件的少冒口、無(wú)冒口鑄造。但樹(shù)脂砂的發(fā)氣量在，為了便于澆注過(guò)程中型腔中的大量氣體能順利排出，必須多設(shè)出氣冒口，原則上要求∑ F冒 >∑ F內(nèi)。
8 ．為什么含糠醇 70%-80%的呋喃自硬樹(shù)脂的常溫終強(qiáng)度*？
從理論上講，呋喃樹(shù)脂中的脲醛樹(shù)脂比例越高，其常溫終強(qiáng)度越大，因此當(dāng)糠醇含量大于 70%~80%時(shí)，糠醇含量越高，即含氮量越低，常溫終強(qiáng)度越低。但隨著脲醛樹(shù)脂的增加，呋喃樹(shù)脂的含水量相對(duì)增高，又會(huì)降低硬化速度和終強(qiáng)度。當(dāng)糠醇含量低于 70%~80%時(shí)，樹(shù)脂終強(qiáng)度的下降趨勢(shì)超過(guò)了上升趨勢(shì)。因而一般情況下，糠醇含 70%~80%時(shí)，呋喃自硬樹(shù)脂砂的常溫終強(qiáng)度*。
9 ．為什么采用催化活性過(guò)強(qiáng)固化劑和過(guò)多
的固化劑加入量。會(huì)導(dǎo)致樹(shù)脂砂的終強(qiáng)度下降？
采用催化活性過(guò)強(qiáng)的固化劑或過(guò)多的固化劑，會(huì)導(dǎo)致預(yù)固化階段過(guò)短，樹(shù)脂中無(wú)規(guī)則卷曲線團(tuán)狀預(yù)聚物尚未充分伸展和有序化，就被已經(jīng)交聯(lián)的預(yù)聚物阻塞在體形結(jié)構(gòu)中，使線團(tuán)中的大量活性基未能參與反應(yīng)，不能形成聚合度很大的聚合物。所以盡管樹(shù)脂砂硬化較快，初強(qiáng)度較高，卻必然導(dǎo)致終強(qiáng)度的明顯降低。
10 ．為什么自硬樹(shù)脂砂的舊砂需要再生回用時(shí)，不宜用磷酸做固化劑？
用磷酸做固化劑的砂型、芯在澆注后，磷酸不能在金屬液的熱作用下分解破壞，而生成磷酸鹽沉積在砂粒表面，較難通過(guò)再生去除，導(dǎo)致再生砂配制的樹(shù)脂砂的強(qiáng)度下降很多，并且增加鑄型膨脹，使夾砂傾向增加。
11 ．為什么酸硬化的甲階酚醛樹(shù)脂自硬砂宜選用游離酸含量低，總酸高的有機(jī)酸做固化劑，不通用無(wú)機(jī)酸做固化劑？
由于酸硬化的甲階酚醛樹(shù)脂中含水量高，因此發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)時(shí)，除樹(shù)脂本身縮聚產(chǎn)生水外，還將釋放數(shù)量很多的水，這些水將起稀釋硬化劑的作用，使反應(yīng)很慢。增加硬化劑
的游離酸含量，才會(huì)使硬化速度變快，但會(huì)使自硬砂的強(qiáng)度下降很多，因此要保證硬化速度，又不使樹(shù)脂砂的強(qiáng)度下降較大，只能增加固化劑的總酸值。由于無(wú)機(jī)酸的游離酸一般都較高，所以對(duì)于酸硬化的甲階酚醛樹(shù)脂，宜選用總酸度高，游離酸含量低的有機(jī)酸做固化劑。
12 ．為什么酸固化甲階酚醛樹(shù)脂砂的固化劑加入量宜以占樹(shù)脂的百分?jǐn)?shù)表示？
這是由于酸固化甲階酚醛樹(shù)脂是由苯酸和甲醛在堿性催化劑作用下縮合而成的，出廠前用酸將堿性催化劑中和并使其成弱酸性。因此樹(shù)脂對(duì)酸性硬化劑不如呋喃樹(shù)脂那樣敏感，在酸濃度相當(dāng)高時(shí)才發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。另外，此種樹(shù)脂的含水量很高，一般都在某些方面 15%左右或更高。發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)時(shí)，除樹(shù)脂本身綜合產(chǎn)生水分外，還要釋放很多原與樹(shù)脂互溶的水。這些水將硬化劑稀釋?zhuān)杂采爸袠?shù)脂加入量越多，此種稀釋作用就越強(qiáng)，因而要保持同樣的固化速度，不得不增加硬化劑的加入量。所以對(duì)于甲階酚醛樹(shù)脂自硬砂，硬化劑的加入量以占樹(shù)脂的百分?jǐn)?shù)計(jì)算為宜，也就是對(duì)酸硬化的甲階酚醛樹(shù)脂砂固化劑的加入量要隨樹(shù)脂加入量的增加而增加。
13 ．為什么剛起模的型芯及剛修補(bǔ)過(guò)的地方不宜立刻上涂料？
因?yàn)閯偲鹉＜皠傂扪a(bǔ)過(guò)的型、芯中的樹(shù)脂硬化反應(yīng)還處于初期階段，若遇到水基涂料中的水分（溶劑）會(huì)影響硬化的正常進(jìn)行（對(duì)于酚脲烷自硬樹(shù)脂，則未反應(yīng)的二組分聚異氰酸酯可與水分反應(yīng)而失效）；如使用醇基涂料，施涂料后后需立刻點(diǎn)燃，也會(huì)使未反應(yīng)的樹(shù)脂過(guò)燒。這些都會(huì)影響型、芯的表面穩(wěn)定性。
14 ．為什么堿性酚醛樹(shù)脂砂的舊砂再生較困難？
由于堿性酚醛樹(shù)脂的堿性很高（基 PH值通常為 11-13），樹(shù)脂中含有較多的堿（一般為氫氧化鉀），澆注時(shí)，樹(shù)脂中的堿易與硅砂作用生成低熔點(diǎn)的硅酸鹽，熔融的硅酸鹽牢固的粘附在砂粒上，不易去除，造成較難去除，造成舊砂再生較為困難。
15 ．選擇樹(shù)脂的類(lèi)型時(shí)，應(yīng)考慮鑄件的哪些因素？
選擇樹(shù)脂的類(lèi)型時(shí)，應(yīng)考慮鑄件的以下因素：
（ 1 ）鑄件的材質(zhì)。鑄件（鑄鋼件、高合金鑄鐵件）的材質(zhì)產(chǎn)生氮?dú)饪椎膬A向大時(shí)，宜選擇低氮或無(wú)氮樹(shù)脂；當(dāng)鑄件（球墨鑄鐵件、灰鑄鐵件）的材質(zhì)為產(chǎn)生氮?dú)饪椎膬A向小的黑色金屬時(shí)，可選擇中氮樹(shù)脂；對(duì)氮不溶解的銅、鋁件要選擇高氮樹(shù)脂。
（ 2 ）鑄件的重、壁厚、及澆注溫度。當(dāng)鑄件的重較大，壁較厚，澆注溫度較高時(shí)，應(yīng)
選擇糠醇含量高、脲醛含量低的樹(shù)脂，使型芯的高溫強(qiáng)度滿足需要；澆注溫度低、重量輕，薄壁的鑄件，需要的高溫強(qiáng)度低，可以選擇脲醛含量高些的樹(shù)脂，以降低成本。
（ 3 ）鑄件的結(jié)構(gòu)。鑄件易出現(xiàn)熱裂，宜先用高溫度低的樹(shù)脂作粘結(jié)劑。對(duì)易出現(xiàn)熱裂的鑄鋼件，宜選項(xiàng)用堿性酚醛樹(shù)脂，不宜選用呋喃無(wú)氮樹(shù)脂為粘結(jié)劑；鑄件易出現(xiàn)冷裂，宜選用潰散性好的做粘結(jié)劑。
