2.4 加热硬化水玻璃砂的硬化机理

2.4.1 加热硬化水玻璃砂的硬化原理及特点

加热硬化系物理脱水硬化过程，水玻璃脱水后为脱水硅酸凝胶。脱水硅酸凝胶的强度很高，型（芯）的水分少，不易使铸件产生气孔、砂眼等缺陷；但没有胶凝以前型砂的初期强度很低，不能脱模、搬运（模型需要随炉加热硬化后起模），需要加热设备，硬化时间也比CO ₂ 气体硬化工艺的时间长。为了解决脱模问题，不得不加黏土来提高初期强度，结果带来了许多问题，以致在生产中采用该方法很少。

图2-19所示为水玻璃砂在不同加热温度下的强度。（水玻璃的加入量为3.5%、模数为2.5）。从中可看出，在120～200℃加热的条件下，水玻璃砂的硬化（抗压）强度高达6MPa。

2.4.2 加热硬化水玻璃砂的基本特征及影响因素

加热温度和时间对水玻璃砂硬化（抗拉）强度的影响如图2-20所示。由该图可知，随着温度的提高，达到预定强度的加热时间可以缩短。但烘干温度过高时，可能由于脱水过快而引起型（芯）开裂。烘干温度和时间需根据具体条件确定。

2.4.3 加热硬化水玻璃砂的改进工艺方法

采用普通的加热炉加热水玻璃砂型（芯），型（芯）表层通常先受热失水硬化，结成硬壳，热量渗入型（芯）内部的速度较慢，型（芯）内部的水蒸气也不易扩散出来，故大、中型铸型（芯）的内部烘不透，型（芯）砂表层又易受过度烘烤。而采用热气流加热水玻璃砂型（芯），有利于型（芯）内部水蒸气的迁出，可加快水玻璃砂的硬化速度，水玻璃砂硬化的均匀性也大为增加，它是普通加热硬化水玻璃砂工艺的改进形式。热气流加热水玻璃砂工艺效果，取决于热气流的温度、流速、压力及加热时间等。

微波由振荡频率为1000～300000MHz的振荡电场产生，它是一种波长为1～300nm的电磁波。当铸型（芯）放置在微波场中时，其中的水分子等将随电磁场的变化而发生变化，由于分子的振动落后于电场的变化，所以会产生分子间的摩擦；相互摩擦而发热，使铸型（芯）的温度升高。与传导性质的加热相比，微波加热可以使物体的更大部分得到加热，且由于微波能透入型砂的内部，由内向外逐步加热，有利于水分从型（芯）的内部向外迁移挥发，因而水玻璃砂的硬化速度快。不同加热方式的水分脱失率如图2-21所示。

微波加热具有速度快、操作简便、加热均匀、强度高、水分去除充分等许多优点，其发展前景十分诱人；但微波硬化水玻璃砂吸湿性强、微波加热的设备昂贵、电—微波转化率低，目前的实际应用较少。微波硬化的水玻璃砂样在不同湿度条件下抗拉强度随时间变化情况如图2-22所示，研究表明，采用锂水玻璃改性（即：钠-锂复合水玻璃）或Li ₂ CO ₃ 改性，可以提高加热硬化水玻璃砂的抗吸湿性，如图2-23所示。