覆膜砂是铸造行业中广泛使用的造型材料，由砂粒表面覆盖一层酚醛树脂粘结剂制成。在金属液浇注过程中，覆膜砂型芯承受高温金属液的热作用，其高温性能直接影响铸件的尺寸精度、表面质量和内部缺陷率。高温性能试验通过模拟浇注条件下的热作用，测定覆膜砂在高温下的强度保持能力和热稳定性，为铸造企业的原材料检验和工艺优化提供关键数据。
一：高温性能试验的重要性
覆膜砂在浇注过程中经历高温金属液的热冲击，砂型表面温度可在短时间内升至1000℃以上。树脂粘结剂在高温下发生热分解，砂粒之间的结合强度下降，如果高温强度不足，砂型可能发生溃散、开裂或变形，导致铸件产生砂眼、夹砂、尺寸偏差等缺陷。高温性能数据是评价覆膜砂能否满足特定铸造工艺要求的关键依据。
覆膜砂的高温性能还影响铸件的落砂清理效率。高温残留强度过高会导致铸件冷却后砂型难以溃散，增加清理难度和成本；高温残留强度过低则可能在浇注过程中过早溃散，引起铸件缺陷。通过高温性能试验，可以在原材料验收和工艺设计中找到性能平衡点，优化覆膜砂的配方和用量。
高温性能对铸造质量的关键影响路径
- 高温抗压强度不足导致砂型溃散和铸件砂眼
- 热变形过大引起铸件尺寸偏差和变形
- 发气量过高导致铸件气孔缺陷
- 残留强度过高增加落砂清理难度
- 热稳定性不足导致砂型开裂和夹砂
二：试验温度与方法
JB/T 13037-2017标准规定了铸造用覆膜砂高温性能试验方法的术语和定义、试验原理、试验设备、试样制备、试验步骤和结果计算等内容，适用于铸造用覆膜砂高温抗压强度、热变形性能和热稳定性的测定。
高温抗压强度的测定通常将覆膜砂试样置于高温炉中，加热至设定的试验温度（如1000℃），保温一定时间后对试样施加压缩载荷，测定试样破坏时的最大载荷，除以试样截面积得到高温抗压强度。试验温度范围通常覆盖800℃至1400℃，可根据铸造合金的浇注温度选择相应的测试温度。加载系统需具备恒定加载速率控制和精确的力值测量能力。
热变形温度的测定是在恒定载荷下记录试样产生规定变形量（如0.3mm）时的温度值，评价覆膜砂在高温下的抗软化能力。线性膨胀系数记录试样在升温过程中的尺寸变化率，范围覆盖20℃至1200℃。荷重软化温度确定在0.2MPa载荷下试样产生4%形变时的临界温度。残留强度衰减率计算高温处理并冷却后的试样强度保留率，用于评价覆膜砂的溃散性。
试验设备与关键参数
| 参数/设备 | 典型要求 | 说明 |
|---|---|---|
| 高温性能试验机 | 温度范围覆盖800-1400℃，载荷精度±1% | 核心测试设备 |
| 高温炉 | 最高温度≥1400℃ | 提供高温环境 |
| 万能材料试验机 | 用于常温及高温抗压强度测试 | 施加压缩载荷 |
| 试样模具 | 标准尺寸的抗压试样模具 | 制备标准试样 |
| 热膨胀仪 | 温度范围覆盖20-1200℃ | 测定线性膨胀系数 |
| 发气性测定仪 | 可测定1000℃下气体释放量 | 评价发气特性 |
三：相关标准
覆膜砂高温性能试验的核心标准为JB/T 13037-2017《覆膜砂高温性能试验方法》，由全国铸造标准化技术委员会归口，主管部门为国家发展和改革委员会。该标准于2017年1月9日发布，2017年10月1日实施。
标准规定了铸造用覆膜砂高温性能试验方法的术语和定义、试验原理、试验设备、试样制备、试验步骤和结果计算，适用于铸造用覆膜砂高温抗压强度等性能的测定。JB/T 8583-2016《覆膜砂高温性能测试规范》也规定了覆膜砂高温性能的测试要求。检测过程中还需参照GB/T 2684-2021《铸造用砂试验方法》进行常温性能测试，以及GB/T 9442-2018《铸造用硅砂化学分析》进行化学成分分析。ASTM C884标准提供了热膨胀系数测定的梯度炉法方法。
四：试验流程
覆膜砂高温性能试验的完整流程涵盖试样制备、设备准备、高温测试和结果计算等环节：
- 试样制备：按照标准规定的制样方法制备覆膜砂试样，通常采用标准模具将覆膜砂制成规定尺寸的抗压试样。制样过程中需控制覆膜砂的紧实度和固化条件。
- 常温性能测试：先测定试样的常温抗压强度作为基准数据，常温抗压强度通常要求≥5MPa。
- 设备准备：检查高温性能试验机的温度控制系统和加载系统，将高温炉升温至设定的试验温度并保温稳定。校准力值传感器和位移传感器。
- 高温测试：将试样放入高温炉中，在设定温度下保温规定时间（如1分钟），然后启动加载系统对试样施加压缩载荷，记录试样破坏时的最大载荷。
- 数据记录：记录测试温度、保温时间和最大载荷数据。高温抗压强度按最大载荷除以试样截面积计算。
- 残留强度测试：将试样在高温炉中焙烧规定时间后取出冷却至室温，测定残留抗压强度，计算残留强度衰减率。
- 结果报告：汇总高温抗压强度、热变形温度、残留强度衰减率等数据，对照产品技术规范进行合格判定，出具试验报告。
五：第三方试验服务
覆膜砂高温性能试验涉及高温环境下的力学测试，对试验设备的温度控制精度、加载系统的稳定性和试样制备的一致性有较高要求。第三方检测机构在该领域具备专业能力，能够为铸造企业提供可靠的高温性能测试服务。
在设备方面，高温性能试验机需具备宽温度范围（覆盖800℃至1400℃）和精确的温度控制能力，加载系统的力值精度需满足标准要求。试样制备的一致性对测试结果的可靠性至关重要，需要标准化的制样模具和操作流程。具备CNAS、CMA资质的检测机构所出具的试验报告在铸造行业具有广泛的认可度，可用于原材料验收、供应商评价和铸造工艺优化。试验周期通常为7至15个工作日。
六：高温性能评价
高温性能评价以高温抗压强度和残留强度衰减率为核心指标，结合热变形温度和发气量进行综合分析。高温抗压强度反映覆膜砂在浇注温度下的承载能力，强度值越高表明砂型在高温下抵抗金属液冲刷和压力的能力越强。对于铸铁件，通常要求在1000℃下的高温抗压强度不低于一定值；对于铸钢件，浇注温度更高，对高温抗压强度的要求也更为严格。
残留强度衰减率反映了覆膜砂在高温作用后冷却至室温时的强度保留情况，是评价落砂溃散性的关键指标。衰减率过高表明覆膜砂的溃散性较差，铸件冷却后砂型不易破碎；衰减率过低则提示高温强度不足。评价时需要根据铸造合金类型和工艺条件确定合理的高温性能指标范围。发气量的评价对于控制铸件气孔缺陷具有重要意义，发气量过高可能导致金属液在充型过程中卷入气体而形成气孔。
影响覆膜砂高温性能的主要因素
| 影响因素 | 作用机理 | 典型影响趋势 |
|---|---|---|
| 树脂类型与含量 | 决定粘结剂的热分解温度和残留碳含量 | 树脂含量增加提高高温强度 |
| 固化程度 | 影响树脂交联网络的完整性和热稳定性 | 固化充分提高高温强度 |
| 砂粒类型 | 硅砂、锆英砂、铬铁矿砂的热稳定性差异显著 | 锆英砂热稳定性优于硅砂 |
| 添加剂 | 偶联剂和耐热添加剂改善高温性能 | 适量添加剂提高热稳定性 |
| 试验温度 | 温度升高加速树脂热分解 | 高温强度随温度升高而下降 |
七：总结
覆膜砂高温性能试验是评价铸造用覆膜砂在高温浇注条件下可靠性的关键手段。JB/T 13037-2017标准规定的高温抗压强度、热变形和热稳定性测试方法，通过多项指标综合表征覆膜砂的高温性能。试验流程涵盖试样制备、高温测试和结果计算等环节，对高温设备的温度控制和加载精度有严格要求。委托具备专业能力的第三方检测机构开展高温性能试验，有助于铸造企业获取可靠的原材料性能数据，支撑覆膜砂选型和铸造工艺优化。
关于广州德恺检测
广州德恺检测是一家专业的第三方检测机构，业务涵盖材料检测、成分分析、EMC检测等领域。所属集团具备CNAS、CMA资质，在全国各地设有分部，拥有10年检测行业经验。在覆膜砂高温性能试验方面，可依据JB/T 13037、JB/T 8583等标准开展高温抗压强度、热变形温度和热稳定性测试服务，提供从试样制备、高温测试到数据分析和报告出具的全流程技术支持。
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