水玻璃砂无毒无味,环境友好,被专家认为是21世纪最有可能实现绿色铸造的型砂。但水玻璃砂浇注后溃散性差,出砂困难,铸件易粘砂等问题一直未克服,限制了其推广应用。为此,本研究课题主要是针对水玻璃砂溃散性及粘砂缺陷展开的。首先对CO₂水玻璃砂的硬化机理进行分析,以确定本实验室环境下水玻璃砂的硬化方案。对试样的制备和型砂的吹气硬化装置进行设计和优化,设计出了热空气-CO₂混合气体吹气工艺和对应装置,优选了吹气方案中吹气压力及气体温度,研究了吹气时间和吹气流量对常温强度的影响。试验发现:在本装置下,当吹气时间为50s-60s,吹气流量为30L/min时,既能保证起模时型砂所需的强度,同时终强度也足够高,满足浇注时型砂所需要的强度。其次,发明了一种铸造用CO₂水玻璃石英砂添加剂,研究了添加剂对CO₂水玻璃型砂溃散性的影响,并利用正交试验优化了添加剂加入量、水玻璃加入量和吹气工艺三个影响因素。试验结果表明,在水玻璃砂中加入添加剂后,型砂溃散性明显提高,且其残留强度曲线的“双峰”特征消失,出现一致下降的趋势。当添加剂Ⅰ加入量为0.6%,添加剂Ⅱ加入量为5%,水玻璃加入量为5%,热空气-CO₂混合气体中CO₂比例为40%时,其常温即时强度、常温24h强度,800℃及1000℃残留强度较合理。最后,针对水玻璃石英砂在铸铁件的生产过程中出现的粘砂缺陷进行了分析和研究。对铸型与铸件界面层进行模拟并对含添加剂的模拟界面层进行了烧结试验。研究了添加剂对界面层烧结状态的影响,并对铸铁件进行实际浇注。结果表明:往水玻璃型砂中加入添加剂,可以显著减小铸型表面孔隙,使铸型与铸件间的界面层在高温下发生适度烧结和致密化,有利于防止金属液的渗透,防止铸铁件产生粘砂缺陷。铸铁件浇注试验发现,加入添加剂的水玻璃石英砂在铸造过程中,在铸型与铸件界面产生的烧结层冷却至室温时强度更低,脆性更大,能轻易从铸件表面剥落,减少铸件的清理工作。