【摘要】本文借鉴材料力学、陶瓷材料的有关理论和方法，分别对水玻璃型壳、硅溶胶型壳在不同温度时的抗弯弹性模量进行了测试研究。结果表明，耐火材料、温度对型壳的弹性模量影响较大，硅溶胶型壳的弹性模量值比水玻璃型壳的大；型壳在在不同温度时有不同的变形特性。
【关键词】型壳；抗弯弹性模量；熔模铸造
1 研究方法
(1)制壳工艺：水玻璃选用M3.2, d1.3，粉料分别为沈阳粘土－石英、煤矸石、铝矾土，砂料分别为石英、煤矸石和铝矾土，涂料粘度控制在30±2S，结晶氯化铝硬化剂硬化5 min。硅溶胶选用SiO2含量为30％，粉料分别为石英、锆英粉、刚玉，砂料分别为石英、锆英、刚玉，涂料粘度控制在35±2S，自然干燥(温度20－25℃，湿度40－60％)2－3h。试样涂挂5层。
(2)试样尺寸为40×20×7mm，将试样分别在室温、300℃、500℃、700℃、900℃、1100℃下保温1h，在型壳高温强度仪上测试其在加载过程中的变形量，加载速度为24mm／min，用X—Y记录仪记录载荷和变形量关系。利用材料力学有关理论，可计算出不同温度下的抗弯弹性模量。同时也可得到型壳的强度。
2型壳的载荷一变形量关系
根据材料力学的知识，抗弯变形与载荷有如下关系：
因L3／48I为已知，则只要测出P／ε，即可求出E。对试验曲线的初始直线段处理可得出P／ε，从而能计算出弹性模量。同时测出断裂时的{zd0}载荷，可计算出强度。
3结果及分析
(1)硅溶胶型壳的抗弯弹性模量
(2)水玻璃型壳的抗弯弹性模量
三种型壳的结果如图 4，5所示。随温度升高，型壳的抗弯弹性模量逐渐增加，在700℃左右(铝矾土在500％)达{zd0}，之后减小，在1100℃时三种型壳的值都已非常小。在低于700—800℃时型壳为弹性体，即断裂为脆性断裂，在900℃以后因材料不同呈现不同的状态。粘土－石英型壳900℃时仍为弹性体，煤矸石型壳为弹塑性体，铝矾土型壳为弹塑性体(并显示一定的粘性)，在l100℃时，三种型壳呈现明显的粘塑性(显示很小的弹性)。型壳的强度随温度升高逐渐增加，在900℃左右为{zd0}，之后迅速下降，在1100℃时{jd1}值非常小。
分析以上结果可看出，同一种型壳的{zd0}抗弯弹性模量和强度所对应的温度不同。特别在高温时，虽然型壳强度很高，但其弹性模量却较小，即抗变形能力差。
对比水玻璃型壳与硅溶胶型壳性能可知，前者的弹性模量比后者低得多，特别在高温时相差更大。而且在试验温度范围内，硅溶胶型壳为脆性材料，而水玻璃型壳在低温时尚属脆性材料，高温时则显示出明显的塑性和粘性了，说明其高温时的抗变形能力较差。究其原因，是水玻璃涂料的粉液低，制壳过程采用化学硬化，胶凝速度快，型壳内部有较多孔隙和小裂纹；同时型壳中残留的氧化钠、粉料中的有害氧化物、玻璃相等随温度升高会发生物理化学反应，生成低熔点的物质，而且温度越高，其量越多、粘度越低，从而使型壳在较高温度时呈现出塑性和粘性，因此水玻璃型壳的抗弯弹性模量低。而硅溶胶涂料的粉液比高，采用自然干燥，胶凝速度慢，型壳致密度高。在高温下，硅凝胶失水变成硅氧键，该键具有很高的性能，使型壳的抗变形能力好〖 1，4〗。
一般地，浇注普通碳钢后，型壳的表面层温度迅速超过 1100℃，而在外层温度却低于800℃〖1〗。当采用水玻璃型壳工艺时，显然浇注后表面层型壳已处于塑性一一粘性状态，抵抗变形的能力已很低，因此水玻璃型壳生产的铸件尺寸精度较差。但对于硅溶胶型壳来说，浇注后表面层仍然可处于弹性状态，抗变形能力强。若采用面层为硅溶胶涂料层、背层为水玻璃涂料层的复合型壳，即可充分利用硅溶胶涂料层和水玻璃涂料层两者分别在高温和低温的各自抗变形能力的优势，达到既提高铸件质量，又降低成本的目的。
4结论
1、硅溶胶型壳、水玻璃型壳的弹性模量随温度、耐火材料不同而变化；
2、硅溶胶型壳的弹性模量在900℃左右为{zd0}，而水玻璃型壳则在700℃左右为{zd0}；
3、采用复合型壳工艺可充分利用硅溶胶涂料层和水玻璃涂料层各自的优势。
分析以上结果可看出，同一种型壳的{zd0}抗弯弹性模量和强度所对应的温度不同。特别在高温时，虽然型壳强度很高，但其弹性模量却较小，即抗变形能力差。
4结论
1、硅溶胶型壳、水玻璃型壳的弹性模量随温度、耐火材料不同而变化；
2、硅溶胶型壳的弹性模量在900℃左右为{zd0}，而水玻璃型壳则在700℃左右为{zd0}；
3、采用复合型壳工艺可充分利用硅溶胶涂料层和水玻璃涂料层各自的优势。
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