阻燃高退讓性鑄造用型砂及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種阻燃高退讓性鑄造用型砂及其制備方法，包括以下質量份數的各組分：型砂骨料75～100份；粘結劑0.8～1.5份；固化劑0.3～0.6份；阻燃劑0.5～1.5份；偶聯(lián)劑0.5～1.5份；所述型砂骨料包括以下質量百分含量的各組分：石英砂50～70％、再生砂20～40％、石墨砂5～20％。本發(fā)明制備的阻燃高退讓性鑄造用型砂可解決現(xiàn)有鑄造鎂合金復雜結構鑄件開裂和表面缺陷的問題，阻止鎂合金液與樹脂砂砂型之間的反應，提高鑄件表面質量，降低鑄造缺陷，從而得到滿足使用要求的鎂合金鑄件。
【專利說明】
阻燃高退讓性鑄造用型砂及其制備方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及鑄造技術領域，尤其設及一種阻燃高退讓性鑄造用型砂及其制備方 法。
【背景技術】
[0002] 儀合金是目前應用最輕的金屬材料，其密度小（僅為侶的67%，鐵的40%，鋼的 23%)，比強度、比剛度高，具有優(yōu)良的導電、導熱性能，良好的加工成形性能，因此在航空航 天、軍工、高檔轎車、生物材料等高科技領域W及通訊電子、自行車等產業(yè)得到快速發(fā)展。在 航空航天工業(yè)中，飛機的重量直接影響到它的機動性能和油耗，而空間站和衛(wèi)星的重量決 定了對運送工具的要求和運送的花費，因而零部件減重可W為飛行器帶來巨大的優(yōu)勢，因 此儀合金被應用于制造飛機、飛船、衛(wèi)星、輕武器等重要武器裝備零件。在軍工領域，目前儀 合金零件多W樹脂砂成型的鑄造方法在軍用飛機、導彈、輕武器、裝甲車等兵器上使用。儀 合金采用樹脂砂成型與普通粘±砂和水玻璃砂相比具有如下優(yōu)點：
[0003] (1)鑄件表面光潔、棱角清晰、尺寸精度高。
[0004] (2)砂型（忍）固化后起模，減少了因起模前松動模樣和起模時碰傷砂型（忍）引起 的變形。
[0005] (3)鑄型強度高、表面熱穩(wěn)定性好，可W有效地抵御誘注時的型壁退讓、遷移現(xiàn)象， 減少了鑄型的熱沖擊變形。
[0006] (4)型砂的潰散性好，清理、打磨容易，舊砂回收再生容易。
[0007] 但目前遇到的一個突出問題是由于巧喃樹脂砂型高溫退讓性差，一些壁厚不均勻 的大型復雜鑄件容易造成熱裂，造成鑄件報廢；同時由于儀的化學性質很活潑，極易與鑄型 中的水起反應，造成儀合金鑄件表面出現(xiàn)空桐和氧化皺皮等缺陷，顯著降低儀合金的力學 性能和抗蝕性。因此在儀合金砂型鑄造時有必要開發(fā)一種既能避免鑄件開裂，又具有高退 讓性和較好阻燃效果的型砂混制工藝來確保儀合金鑄件質量，無疑具有重大的經濟效益和 社會效益。

【發(fā)明內容】

[000引針對現(xiàn)有技術中的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種阻燃高退讓性鑄造用型砂及 其制備方法。具體為一種高退讓性阻燃儀合金鑄造用巧喃樹脂型砂及其制備方法，解決現(xiàn) 有鑄造儀合金復雜結構鑄件開裂和表面缺陷的問題，阻止儀合金液與樹脂砂砂型之間的反 應，提高鑄件表面質量，降低鑄造缺陷，從而得到滿足使用要求的儀合金鑄件。
[0009] 本發(fā)明的目的是通過W下技術方案實現(xiàn)的：
[0010] 本發(fā)明提供了一種阻燃高退讓性鑄造用型砂，包括W下質量分數的各組分： 型砂骨料 巧~1㈱微:； 粘結劑 0.8~1.5粉；
[0011] 固化劑 0.3'- 0.6 份； 阻燃劑 0.5~1.5份； 偶聯(lián)劑 0.5~1.5份。
[0012] 優(yōu)選地，所述型砂骨料包括W下質量百分含量的各組分:石英砂50~70%、再生砂 20~30%、石墨砂5~20%。所述再生砂含量過多，會導致耗酸值增大，砂型強度降低;石墨 砂含量過多，會導致砂型強度降低，同時砂型透氣性變差。
[0013] 優(yōu)選地，所述石英砂粒度為50~100目，且石英中二氧化娃重量含量大于96%。
[0014] 優(yōu)選地，所述再生砂粒度為40~70目，且循環(huán)砂中二氧化娃含量大于95 %。
[001引優(yōu)選地，所述石墨砂粒度為40~70目。
[0016] 優(yōu)選地，所述粘結劑為脈醒改性巧喃樹脂。
[0017] 優(yōu)選地，所述固化劑為對甲苯橫酸固化劑。
[0018] 更優(yōu)選地，所述對甲苯橫酸總酸量為24.89%，密度為1.25g/cm3。
[0019] 優(yōu)選地，所述阻燃劑包括質量份數為60~85%的棚酸和15~40%的硫橫。所述棚 酸含量過多，硫橫含量過少，砂型強度降低，同時會導致砂型透氣性變差;反之則會導致阻 燃效果變差，同時還會導致砂型發(fā)氣量變大。
[0020] 更優(yōu)選地，所述棚酸的粒度為100~300目。
[0021 ]更優(yōu)選地，所述硫橫的粒度為100~300目。
[0022] 優(yōu)選地，所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑KT-550，密度為0.94g/cm3。
[0023] 本發(fā)明還提供了一種阻燃高退讓性鑄造用型砂的制備方法，包括W下步驟：
[0024] S1、按質量分數稱取各組分原料；
[0025] S2、將稱取的型砂骨料和阻燃劑混合，然后依次加入固化劑、偶聯(lián)劑、粘結劑混合， 得樹脂砂型砂；
[00%] S3、樹脂砂型砂在模具中緊實成型，經過30~50min后脫模，即得阻燃高退讓性鑄 造砂型。
[0027]本發(fā)明的作用原理是:石英砂、再生砂、石墨砂作為型砂的骨干材料，起到使砂型 具有高強度的作用。再生砂經過多次反復受熱烘烤使用后，與石英砂相比在高溫作用下急 熱膨脹性小，熱穩(wěn)定性好，在鑄件對型砂的熱作用下，再生砂將產生較小的熱膨脹，可提高 型砂的高溫退讓性。石墨砂具有良好的防燃保護性能，主要是杜絕了儀合金液與水的劇烈 反應，再加上石墨氧化所產生的保護性氣氛C〇2和石墨中的無定形碳向合金的表面擴散，都 阻礙了儀的氧化燃燒。棚酸和硫橫混合均勻后填充在石英砂、再生砂、石墨砂顆粒之間，起 到填充材料和阻燃劑的作用，棚酸在高溫作用下，生成棚酢(B203)，棚酢儀合金液體表面接 觸生成致密的Mg3B2保護膜，同時棚酢與液體表面的MgO反應生成MgO · B2化保護膜防止儀合 金液在誘注過程中氧化燃燒。硫橫與儀合金液面接觸產生一層較致密的MgS氧化膜阻止合 金液氧化反應。在加入甲苯橫酸固化劑、偶聯(lián)劑和脈醒改性巧喃樹脂混合后，能在30min內 完成硬化反應，通過測試型砂硬化24h后抗拉強度，滿足使用要求。
[0028] 現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：
[0029] 1、本發(fā)明中使用的再生砂與石英砂混合使用可W降低新砂用量，節(jié)約成本。
[0030] 2、本發(fā)明制備的砂型脫模后24h抗拉強度高于1.2Mpa，7她后的抗拉強度仍然高于 IMpa，滿足生產要求。
[0031] 3、本發(fā)明制備的砂型具有良好的退讓性和阻燃效果，未見鑄件開裂，鑄件表面質 量得到改善。
[0032] 4、本發(fā)明的型砂制備方法成型、生產周期短，成本較低，適合大規(guī)模生產。
【具體實施方式】
[0033] 下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。W下實施例將有助于本領域的技術 人員進一步理解本發(fā)明，但不W任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領域的普通技術 人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可W做出若干變形和改進。運些都屬于本發(fā)明 的保護范圍。
[0034] 實施例1-3
[0035] 實施例1-3設及一種阻燃高退讓性鑄造用型砂及其制備方法，所述的阻燃高退讓 性鑄造用型砂的組成及質量分數如表1所示。
[0036] 所述的制備方法包括W下步驟：
[0037] -、根據表1中各實施例的重量份數稱取各組分；
[0038] 二、按照步驟一稱取的石英砂、再生砂、石墨砂、棚酸和硫橫置于自動混砂機中混 制Imin~3min，然后在加入步驟一稱取的對甲苯橫酸固化劑，再自動混砂機中混制Imin~ 3min，然后在加入步驟一稱取的偶聯(lián)劑混制Imin~2min，最后在加入步驟一稱取的脈醒改 性巧喃樹脂，在混砂機中混制2min~3min，得到混制好的樹脂砂型砂。
[0039] Ξ、將步驟二混制好的樹脂砂型砂在模具中緊實成型，經過30min~50min后脫模 得到阻燃高退讓性砂型，在室溫放置2地后烘干使用。
[0040] 將實施例1-3成型后的阻燃高退讓性砂型烘干后應用于材質為GW103K耐熱儀合金 薄壁框架類鑄件。對誘注后的鑄件經X光探傷沒有發(fā)現(xiàn)裂紋、縮孔、縮松等缺陷，對鑄件表面 進行著色探傷，沒有發(fā)現(xiàn)裂紋、氧化皮、夾雜等缺陷，鑄件為合格品。證明砂型阻燃退讓性效 果顯著。
[0041] 表1實施例1-3中各組分的重量份數
[0042]
[0043] 實施例1制備的砂型試樣脫模后24h抗拉強度高于1.2Mpa，7她后的抗拉強度仍然 高于IMpa，滿足生產要求。
[0044] 實施例2制備的砂型試樣脫模后24h抗拉強度高于1.4Mpa，7她后的抗拉強度仍然 高于1.2Mpa，滿足生產要求。
[0045] 實施例3制備的砂型試樣脫模后24h抗拉強度高于1.5Mpa，7她后的抗拉強度仍然 高于1.25Mpa，滿足生產要求。
[0046] 對比例1-6
[0047] 對比例1-6設及一種阻燃高退讓性鑄造用型砂及其制備方法，所述的阻燃高退讓 性鑄造用型砂的組成及重量份數如表2所示。
[0048] 所述的制備方法包括W下步驟：
[0049] -、根據表1中各實施例的質量分數稱取各組分；
[0050] 二、按照步驟一稱取的石英砂、再生砂、石墨砂、棚酸和硫橫置于自動混砂機中混 制Imin~3min，然后在加入步驟一稱取的對甲苯橫酸固化劑，再自動混砂機中混制Imin~ 3min，然后在加入步驟一稱取的偶聯(lián)劑混制Imin~2min，最后在加入步驟一稱取的粘結劑， 在混砂機中混制2min~3min，得到混制好的樹脂砂型砂。
[0051] Ξ、將步驟二混制好的樹脂砂型砂在模具中緊實成型，經過30min~50min后脫模 得到阻燃高退讓性砂型，在室溫放置2地后烘干使用。
[0052] 將成型后的阻燃高退讓性砂型烘干后應用于材質為GW103K耐熱儀合金薄壁框架 類鑄件。
[0化3 ] 表2對比例1 -6中各組分的重量份數 [0化4]
[0055]其中對比例1中型砂骨料包括W下質量百分含量的各組分:石英砂37.5%、石墨砂 11.25%。對比例1制備的砂型試樣脫模后2411抗拉強度高于1.519曰，7化后的抗拉強度為 1.32Mpa，能滿足力學性能要求。但加入新砂量過多會使鑄造成本增加，故不滿足大規(guī)模生 產要求；同時新砂加入量過多會造成型砂退讓性變差。將成型后的阻燃高退讓性砂型烘干 后應用于材質為GW103K耐熱儀合金薄壁框架類鑄件，對鑄件表面進行著色探傷，在鑄件內 部相同部位發(fā)現(xiàn)微裂紋但未發(fā)現(xiàn)氧化皮和夾雜缺陷。對鑄件經X光探傷后發(fā)現(xiàn)鑄件內部存 在微裂紋，鑄件為不合格品。
[0056]對比例2制備的砂型試樣脫模后24h抗拉強度為1.43Mpa，78h后的抗拉強度 1.24Mpa，滿足生產要求。將成型后的阻燃高退讓性砂型烘干后應用于材質為GW103K耐熱儀 合金薄壁框架類鑄件，對鑄件表面進行著色探傷，鑄件表面局部部位存在縮松和氧化皮缺 陷。對鑄件經X光探傷，鑄件局部存在3級縮松，為不合格品。
[0化7] 對比例3制備的砂型試樣脫模后24h抗拉強度1.4Mpa，7化后的抗拉強度1.22Mpa， 能滿足生產要求。將成型后的阻燃高退讓性砂型烘干后應用于材質為GW103K耐熱儀合金薄 壁框架類鑄件，對鑄件表面進行著色探傷，鑄件表面局部部位存在氧化皮缺陷。對誘注后的 鑄件經X光探傷，鑄件局部存在2級縮松，為不合格品。
[005引對比例4制備的砂型試樣脫模后Mh抗拉強度僅1.38Mpa，7^后的抗拉強度為 1.17Mpa，能滿足生產要求。將成型后的阻燃高退讓性砂型烘干后應用于材質為GW103K耐熱 儀合金薄壁框架類鑄件，對鑄件表面進行著色探傷，鑄件表面局部部位存在大量氧化皮和 夾雜缺陷。對誘注后的鑄件經X光探傷鑄件局部存在4級縮松，為不合格品。
[0059] 對比例5制備的砂型試樣脫模后24h抗拉強度1.48Mpa，7化后的抗拉強度1.25Mpa， 滿足生產要求。將成型后的阻燃高退讓性砂型烘干后應用于材質為GW103K耐熱儀合金薄壁 框架類鑄件，對鑄件表面進行著色探傷，鑄件表面未發(fā)現(xiàn)氧化皮和夾雜缺陷。對誘注后的鑄 件經X光探傷，鑄件局部存在1級縮松，為合格品。但由于氣棚酸錠阻燃劑的添加會在誘注過 程中產生含氣氣體，不利于環(huán)保。同時有研究表明含氣物質混入型砂中會對型砂產生污染， 受污染的型砂回收利用后會在鑄件中引發(fā)缺陷。
[0060] 綜上所述，本實施例制備的砂型脫模后2地抗拉強度高于1.2Mpa，7她后的抗拉強 度仍然高于IMpa，滿足生產要求；制備的砂型具有良好的退讓性和阻燃效果，未見鑄件開 裂，鑄件表面質量得到改善。且型砂制備方法成型、生產周期短，成本較低，適合大規(guī)模生 產。
[0061 ]發(fā)明具體應用途徑很多，W上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。應當指出，W上實 施例僅用于說明本發(fā)明，而并不用于限制本發(fā)明的保護范圍。對于本技術領域的普通技術 人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可W做出若干改進，運些改進也應視為本發(fā)明 的保護范圍。
【主權項】
1. 一種阻燃高退讓性鑄造用型砂，其特征在于，包括W下質量份數的各組分： 型砂骨料 75~100份； 粘結劑 0J…1.5你; 固化劑 03~0.6份； 阻燃劑 0.5~1.5份； 偶聯(lián)劑 0.5~1.5份。2. 如權利要求1所述的阻燃高退讓性鑄造用型砂，其特征在于，所述型砂骨料包括W下 質量百分含量的各組分:石英砂50~70%、再生砂20~40%、石墨砂5~20%。3. 如權利要求2所述的阻燃高退讓性鑄造用型砂，其特征在于，所述石英砂粒度為50~ 100目，且石英砂中二氧化娃重量含量大于96 %。4. 如權利要求2所述的阻燃高退讓性鑄造用型砂，其特征在于，所述再生砂粒度為40~ 70目，且再生砂中二氧化娃含量大于95 %。5. 如權利要求2所述的阻燃高退讓性鑄造用型砂，其特征在于，所述石墨砂粒度為40~ 70目。6. 如權利要求1所述的阻燃高退讓性鑄造用型砂，其特征在于，所述粘結劑為脈醒改性 巧喃樹脂。7. 如權利要求1所述的阻燃高退讓性鑄造用型砂，其特征在于，所述固化劑為對甲苯橫 酸固化劑。8. 如權利要求1所述的阻燃高退讓性鑄造用型砂，其特征在于，所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián) 劑KT-550。9. 如權利要求1所述的阻燃高退讓性鑄造用型砂，其特征在于，所述阻燃劑包括質量百 分含量為60~85%的棚酸和15~40%的硫橫。10. -種如權利要求1-9任一項所述的阻燃高退讓性鑄造用型砂的制備方法，其特征在 于，包括W下步驟： 51、 按質量分數稱取各組分原料； 52、 將稱取的型砂和阻燃劑混合，然后依次加入固化劑、偶聯(lián)劑、粘結劑混合，得樹脂砂 型砂. 53、 樹脂砂型砂在模具中緊實成型，經過30~50min后脫模，即得阻燃高退讓性鑄造砂 型。
【文檔編號】B22C1/02GK105964883SQ201610459852
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】李艷磊, 吳國華, 王迎新, 陳安濤, 劉文才
【申請人】上海交通大學