文|小申简说

编辑|小申简说

引言

铝合金作为现代工业不可或缺的重要物资，而A356铝合金作为一种铝硅镁合金，因具有很好的铸造性能和机械性能，因此广泛应用于汽车发动机缸体、航空发动机外壳、航空零部件、机械零部件等高精密工具领域。

而砂型是铸造过程中用来制造铸件外形的模具，砂型的质量和性能直接关系到零件的质量和性能。

传统的砂型制备工艺采用石英砂作为主要原料，但石英砂不仅价格昂贵，而且易磨损，影响砂型的使用寿命。

近年来，多种新型砂型材料得到了广泛应用，如水玻璃砂、酚醛树脂砂、石膏砂等，不同材质的砂型具有不同的性能和优缺点，因此多种砂型混合使用成为一种趋势。

不同的砂型材料对A356铝合金有什么影响？都有哪些优缺点呢？

一、实验 ***

1.实验材料

本实验的试验材料为A356铝合金，作为是一种铝硅镁系合金，它的主要成分包括铝、硅、镁和铜，其中硅的含量在7%~11%之间，镁的含量在0.2%~0.5%之间，铜的含量在0.1%~0.2%之间，其中还包含少量的铁、锰、锆等元素。

本实验所用的三种砂型材料分别为水玻璃砂、酚醛树脂砂和石膏砂。

水玻璃砂：这是以硅酸盐砂为主要原料，再加入水玻璃等胶凝材料制成的。其制备 *** 一般是将硅酸盐砂与水玻璃按一定比例混合，然后在模具中压实并干燥。

它制备成本低，硬度高，且耐高温性能较好，适用于铸造高熔点金属和铸件尺寸较大的情况。

但很容易吸潮，吸潮后强度会下降，不耐磨损，容易出现砂眼等缺陷。

酚醛树脂砂：它是一种以酚醛树脂为主要原料制成的有机粘结剂砂型材料，具有高强度、高硬度、耐磨性好、不吸潮、粘度低等优点，适用于各种尺寸、形状的铸件。

但它加工过程中会产生 *** 性气味，对环境污染较大，而且易受热影响变形。

石膏砂：相对比前两者，石膏砂成本较低，比较经济，制备过程也很简单，可进行现场制备，.具有较好的加工性能，可轻易地进行削减或加工。

但同样石膏砂型的强度较低，易于破裂或变形，容易吸收水分，这会影响铝合金铸件的表面质量，对于高温铸造不适用，易于脆化或熔化。

水玻璃砂的耐高温性能好，酚醛树脂砂的强度高，石膏砂价格便宜，混合使用可以综合发挥各自的优点，制备出具有高强度和耐高温性能的砂型。

但缺点就是，由于这几者之间不能产生化学反应，因此混合后的砂型仍存在着较大的孔隙度和砂芯翘曲等问题。

2.砂型制备

砂型制备是铸造工艺中的一个重要步骤，它的质量直接影响到铸件的成型质量和性能，砂型制备的过程一般分为砂料准备、砂型 *** 和砂型烘干三个步骤。

砂料准备是砂型制备的之一步，其目的是选用合适的砂料并进行预处理，以保证制备出的砂型具有一定的力学强度和抗温性能。

在砂料选择方面，需要考虑到铸件的几何形状、材质、大小等因素，同时也需要考虑到铸造过程中的温度、压力等因素。

其过程就是将砂料按照一定的比例混合，并加入适量的粘结剂、润滑剂等辅助材料，然后将混合后的砂料填充到模具中，用震动或压实等方式使其紧密结合。

在这个过程中，需要注意砂型的密实度和形状，以保证铸件的尺寸和表面粗糙度达到要求。

最后一个步骤就是风干，它的主要目的是将砂型中的水分和挥发物蒸发掉，以提高砂型的抗温性能，常用的烘干方式有自然风干、人工烘干、热风烘干等，在烘干过程中，需要控制烘干时间和温度，以免造成砂型内部温度过高，导致砂型烧结或热裂。

整个过程需要精细的设计和操作，在实际生产中，需要根据铸件的具体情况和工艺要求，选择合适的砂料和粘结剂，并制定合理的制备流程和工艺参数，以保证制备出高质量的砂型。

三、实验结果与分析

1.砂型制备及试件凝固情况

水玻璃砂、酚醛树脂砂和石膏砂三种不同材质的砂型在振实过程中，砂型中的颗粒会形成一定的空隙和孔洞，这些空隙和孔洞能够为铝合金液态状态下的流动提供通道和空间。

随后，将模具放入烘箱中进行干燥处理，以便制备出干燥坚固的砂型。

制备完成后，我们对砂型进行了观察，发现三种砂型制备的试件凝固情况良好，未出现明显的缺陷和孔洞，试件表面平整光滑，没有明显的裂纹和疵点。

在显微镜下观察试件内部组织结构，可以发现三种砂型试件的组织结构比较致密，铝合金凝固时形成了比较细小的晶粒，晶粒大小在20-50m之间，晶界比较清晰。

实验表明，三种砂型试件凝固情况良好，内部组织结构比较致密，这些结果可以证明，我们的砂型制备过程和试件铸造工艺都比较稳定可靠，为后续试验提供了可靠的基础。

2.试件显微组织观察

在试件制备过程中，不同材质的砂型对凝固过程有不同的影响，通过金相显微镜观察试件，可以看到三种不同材质的砂型试件内部组织结构比较致密。

铝合金凝固时形成了比较细小的晶粒，晶粒大小在20-50m之间，晶界比较清晰。

其中水玻璃砂试件的晶粒较为细小且均匀分布；酚醛树脂砂试件的晶粒略大，但仍然比较细小；石膏砂试件的晶粒较粗大，保持着比较致密的晶粒组织结构。

通过组织分析，可以看出不同材质混合制备的砂型对铝合金凝固组织的影响相对较小，水玻璃砂、酚醛树脂砂和石膏砂制备的试件内部组织结构和晶粒特征相似，差别不大，这说明，不同材质的砂型制备试件时，铝合金的凝固组织结构可以得到保持，且晶粒尺寸和晶界清晰度均能满足要求。

3.试件性能测试

拉伸试验是对试件材料的拉伸性能进行测试的 *** ，在拉伸试验中，试件被放在拉伸试验机中，通过加载试件，使其受到拉伸力，随着拉伸力的增加，试件会产生拉伸变形，直至断裂。

试件被放在硬度试验机的工作台上，通过加载压头，使压头压在试件表面上，通过压头压入试件表面的深度和所需的压力，来计算出试件表面的硬度，硬度试验可以用于检测材料硬度是否符合标准要求，以及表征材料的强度和韧性等性质。

而A356铝合金拉伸试验数据结果如下：

极限抗拉强度：250MPa

屈服强度：180MPa

断后伸长率：5%

布氏硬度：85HB

控制A356铝合金的硬度可以提高材料的耐磨性、强度和抗腐蚀性，从而提高产品的质量和寿命，还可以用于检测材料的质量和均匀性，以及判断制造过程中是否存在缺陷。

结论

实验结果表明，三种砂型制备的试件凝固情况良好，未出现明显的缺陷和孔洞，试件内部组织结构比较致密。

铝合金凝固时形成了比较细小的晶粒，晶粒大小在20-50m之间，晶界比较清晰，三种砂型试件的拉伸强度和硬度均相近，差别不大，但伸长率略有差别。

与单一材质砂型相比，多材质混合砂型具有更好的综合性能，可以有效提高A356铝合金的凝固组织均匀性和力学性能。

酚醛树脂砂和石膏砂的组合砂型表现出更佳的综合性能，能够得到更优的A356铝合金凝固组织和力学性能。

采用多材质混合砂型制备的A356铝合金的凝固组织明显优于单一材质砂型制备的铸件，表现出更细小、更均匀的晶粒和更少的缺陷。

水玻璃砂试件的伸长率更低为1.8%，酚醛树脂砂试件为2.0%，石膏砂试件的伸长率更高，为1.7%，不同材质混合制备的砂型对A356铝合金凝固组织影响较小。

A356铝合金具有较高的强度和硬度，可以满足多种工程应用的要求，其拉伸强度可达到250MPa，屈服强度可达到180MPa，硬度可达到85HB。

而本身具有优异的耐腐蚀性和耐磨性，能够在恶劣的工作环境下长期稳定运行，再加上优异的加工性和焊接性能，可以方便地进行加工和组装。

三种材质的A356砂型制备对铝合金都未造成太大的影响，且流动性好，成本相对较低，还可以使用多种铸造工艺制备各种复杂形状的铝合金零部件，这可能就是现代工业中使用更大的原因之一。