砂型鑄造涂料研究與應(yīng)用的新進展
本帖最后由 s-xy9957 于 2009-8-7 15:11 編輯
前言
在鑄造生產(chǎn)過程中,，砂型（芯）與金屬液直接接觸的工作表面的質(zhì)量對鑄件質(zhì)量具有十分重要的影響。在砂型（芯）工作表面上涂敷涂料是改善其質(zhì)量的經(jīng)濟實用而又收效顯著的方法,。
砂型（芯）涂料具有下述作用：
1,、減少或防止鑄件粘砂缺陷
2、降低鑄件表面粗糙度
3,、提高鑄型表面強度,，減少和防止鑄件夾砂、沖砂,、砂眼等缺陷
4,、控制鑄件冷卻速度，防止鑄件產(chǎn)生縮孔,、裂紋等缺陷
5,、屏蔽有害元素,，防止鑄件產(chǎn)生氣孔、增碳,、增硫,、局部球化不良等缺陷
6、調(diào)整鑄件表面成分,、組織和性能
應(yīng)用涂料也能獲得良好的經(jīng)濟效益,。對于砂型鑄造，據(jù)粗略統(tǒng)計,，鑄件清理成本一般占鑄件生產(chǎn)成本的30%左右，上涂料后可使清理成本降低10%以上,，而涂料成本和施涂費用僅占鑄件生產(chǎn)成本的5%左右,。因此，采用涂料能降低鑄件生產(chǎn)成本5%以上（還不包括降低廢品率和改善鑄件機械性能等方面的效益）,。
近年來,，由于對鑄件質(zhì)量的要求日益提高，國內(nèi)外均普遍重視優(yōu)質(zhì)涂料的生產(chǎn)與應(yīng)用,，國內(nèi)砂型鑄造涂料的研究與應(yīng)用也得到了快速發(fā)展,，涂料品種日益增多，性能不斷提高,，基礎(chǔ)研究逐漸深入,，涂料的功能亦更加豐富。下面介紹其中的幾個新進展,。
1 采用燒結(jié)剝離型涂料防止鑄鋼件氣孔和增碳缺陷
采用含氮的呋喃樹脂砂和用苯磺酸等作固化劑的呋喃樹脂砂生產(chǎn)鑄鋼件時,，容易產(chǎn)生皮下氣孔缺陷；低碳不銹鋼鑄件還增碳,，導(dǎo)致其抗腐蝕及抗疲勞能力下降,，并使得焊接性能變差。
燒結(jié)致密的涂料能作為屏蔽層有效阻擋來自砂型（芯）的N,、C與金屬液反應(yīng),，或者通過氣相或固相擴散進入金屬液，從而避免鑄鋼件產(chǎn)生皮下氣孔,、增C等缺陷,。
獲得在高溫下高致密、具有良好屏蔽性的涂層的方法有：
1,、使用其燒結(jié)溫度比金屬的澆注溫度低50～100℃,，能發(fā)生輕度燒結(jié)的耐火材料，以形成致密的涂層,。
2,、在涂料耐火骨料中配入某些助熔成分,，在澆注溫度下適度熔融，形成一層致密無縫的玻璃體,。
3,、選用細粒度的耐火粉料。一般要求粉料粒度能全部過320目（40μm）,，其中＜10μm的應(yīng)占15～20%為宜,。
使用中氮（7%左右）呋喃樹脂作芯（型）砂粘結(jié)劑澆注低碳鋼鑄件，對從鑄件上剝離下來的涂殼進行縱斷面的氮線掃描和平面橫斷面氮的面掃描電子探針觀察,，發(fā)現(xiàn)高溫?zé)Y(jié)性好的涂殼表面（靠近鑄鋼件一側(cè)）氮的分布最低,。這說明，采用高屏蔽性的涂料來防止含氮樹脂鑄鋼件皮下氣孔是有效的,。過去國內(nèi)外的資料認為,，采用含氮樹脂砂特別是中、高氮樹脂砂生產(chǎn)鑄鋼件會產(chǎn)生皮下氣孔,，而高溫?zé)Y(jié)致密型涂料的開發(fā),，無疑為擴大含氮樹脂砂在鑄鋼件上的應(yīng)用開辟了一條重要的途徑。
在有機鑄型（芯）表面涂敷一層在高溫下能形成一定厚度的燒結(jié)玻璃體的涂料,，對于防止低碳不銹鋼增碳也是一種簡便,、有效的方法。以鋯英粉為主料的復(fù)合粉料防滲碳涂料,，在生產(chǎn)中應(yīng)用取得了很好的效果,。如某廠生產(chǎn)出口低碳雙相不銹鋼件，砂型使用磷酸或?qū)妆交撬嶙杂策秽珮渲?，砂芯使用酚脲烷樹脂砂,，鋼水原始含碳量通常?.08%左右，澆注后鑄件表面層含碳量要求控制在0.095%以內(nèi),。當(dāng)型芯不涂涂料時,，鑄件表層碳量達0.18～0.20%。當(dāng)使用具有燒結(jié)玻璃體涂層的涂料,，涂刷0.5mm厚時,，抗增碳效果良好，鑄件表面層含碳量控制在0.088～0.093%,。
2 新型淺色燒結(jié)剝離型鑄鐵涂料
目前鑄鐵涂料一般以微晶石墨粉和鱗片石墨粉為基本耐火材料,。傳統(tǒng)的石墨涂料是一種典型的純耐火型涂料，將其用于鑄鋼件時會使鑄件表面增碳,，故一般不用于生產(chǎn)鑄鋼件,，但許多工廠仍采用該涂料生產(chǎn)鑄鐵和鑄銅件。石墨粉耐火度高,，價格低,，與鐵合金及其它金屬不潤濕,，在澆注溫度下能析出光亮碳，在型（芯）界面產(chǎn)生還原性氣氛,，從而在涂料表面形成一層保護膜,，進一步降低鐵水對鑄型的潤濕能力，無論用于大件還是小件,，澆溫高時或低時,，只要涂層均勻，有足夠的強度,，均會得到無粘砂的鑄鐵件,。
但是，黑色的石墨粉涂料存在以下一些問題：
1,、在制備和使用時,，嚴重污染工作環(huán)境，惡化勞動條件,。
2、石墨粉在高溫鐵水作用下還會氧化,，使涂層強度和抗鐵水沖刷能力降低,，涂層在鐵水長時間浸泡下會變得稀疏，厚大鑄件熱節(jié)處及受金屬液沖刷部位易出現(xiàn)毛刺,、粘砂等缺陷,。
3、石墨粉熔點高,，難以燒結(jié),，鑄件落砂后表面會留下一層不易清除的黑灰，尤其是對一些通水,、油,、氣的鑄件內(nèi)腔，由于這種黑灰不能用拋丸清理去除,，因而給機器造成危害,。
4、石墨粉涂料與呋喃樹脂砂的顏色相近,，用于呋喃樹脂砂時容易引起漏涂,。
淺白色的鋯英粉涂料和鋯剛玉涂料雖然能夠全面解決以上問題，但是成本太高,，難以大面積推廣,。棕剛玉涂料雖然對厚大型鑄鐵件的抗粘砂效果較好，但是涂料顏色仍嫌較深,。
近年來,，國內(nèi)淺色鑄鐵涂料的開發(fā)和應(yīng)用取得了一些進展,，例如：消失模鑄造水基鑄鐵涂料已習(xí)慣采用高鋁礬土粉、石英粉等淺色耐火材料,；有些粘土濕型砂和樹脂砂鑄造醇基鑄鐵涂料已開始采用高鋁礬土粉等部分代替石墨粉,。為了改善鑄造生產(chǎn)條件，實現(xiàn)“綠色鑄造”,，提高鑄件表面質(zhì)量,，應(yīng)用質(zhì)優(yōu)價廉的樹脂砂用醇基淺色鑄鐵涂料勢在必行。
作者已開發(fā)成功一種鑄鐵用新型淺色涂料,。該系列涂料按照“燒結(jié)剝離防粘砂”理論和“氣氛控制防粘砂”理論設(shè)計,。
本涂料生產(chǎn)大中型鑄鐵件時，耐火粉料基料采用一種淺白色鋁質(zhì)耐火粉料,；生產(chǎn)中小型鑄鐵件時,，耐火粉料基料采用一種淺白色天然粉狀硅質(zhì)耐火粉料。兩種淺色耐火粉料的主要性能如表1所示,。
表1 燒結(jié)剝離型醇基淺色鑄鐵涂料中耐火粉料基料的主要性能
種 類 主要成分 密度
/ g•cm-3 耐火度
/ ℃ 在FeO作用下的
燒結(jié)溫度 / ℃ 線膨脹系數(shù)
(20～1000℃) / ℃-1
鋁 質(zhì)
硅 質(zhì) Al2O3≥85%
SiO2≥98% ~2.6
1.96 ≥1770
≥1700 1300～1700
1300～1500 8.6×10-6
16.0×10-6
本涂料采用了兩種淺色粉狀助熔劑,，以獲得涂料的燒結(jié)剝離性，使涂層基本能成片剝離,。
按照“氣氛控制防粘砂”理論,，如果涂料在金屬液澆注時產(chǎn)生強還原性氣氛（如涂料加有較多有機物或碳質(zhì)材料時），則在鑄件與涂層界面會形成氣膜或碳膜,，阻止金屬液與砂型相互作用,，產(chǎn)生防粘砂效果；如果涂料在金屬液澆注時產(chǎn)生強氧化性氣氛,，則金屬液被氧化生成各種氧化物,，氧化物又消耗于與型砂面層中的SiO2和Al2O3等發(fā)生反應(yīng)，如果金屬氧化物的生成速度大于消耗速度,，多余的氧化物便積累在金屬表面上,，厚度超過0.1mm左右時，該層氧化物將易于剝離,，鑄件將不會粘砂,。因此，加快氧化物的生成速度或減少氧化物的消耗速度,，都有助于獲得易剝離涂層,。
為此，可在涂料中預(yù)先加入粉狀Fe2O3等金屬氧化物,，以抵償氧化物的消耗,，促進易剝離涂層形成。Fe2O3在高溫下轉(zhuǎn)化成FeO并析出氧，氧又促使更多鐵被氧化：
燒結(jié)剝離助劑的加入量應(yīng)根據(jù)鑄件的重量,、厚度,、澆注溫度等因素在一定范圍內(nèi)調(diào)整。
本燒結(jié)剝離型醇基淺色鑄鐵涂料的懸浮率,、抗裂性和發(fā)氣性達到了國內(nèi)同類產(chǎn)品先進水平,，涂刷指數(shù)和觸變率也較高。新型燒結(jié)剝離型醇基淺色鑄鐵涂料在3h內(nèi)基本無沉淀,，8～24h懸浮性仍高達98～94%,，長期存放后不板結(jié)，1000℃時的發(fā)氣量為16ml/g以下,，1200℃下急熱2min后不產(chǎn)生裂紋,。其生產(chǎn)成本與醇基石墨粉涂料相當(dāng)。
燒結(jié)剝離型醇基淺色鑄鐵涂料分別在大慶石油管理局裝備制造集團鑄鍛公司,、黑龍江省齊齊哈爾第二機床廠和湖北鼎鑫鑄造公司等單位的大中小鑄鐵件生產(chǎn)中進行了批量使用,。澆注的鑄件有曲柄、減速器殼體,、箱座,、驅(qū)動環(huán)、制動盤等,。減速器殼體和曲柄的材質(zhì)分別為HT200,、HT250，質(zhì)量分別為2.6,、3.3噸，最大壁厚分別為30,、250mm,，澆注溫度為1320~1350
℃。制動盤和驅(qū)動環(huán)的材質(zhì)分別為HT250,、QT500-7,，質(zhì)量分別為4.5、247千克,，最大壁厚
分別為16,、65mm，澆注溫度為1440~1480℃,。造型制芯均采用酸自硬呋喃樹脂砂工藝,。減速器殼體和曲柄等大件刷涂兩次，涂層厚度約為0.6~1.0mm,；制動盤和驅(qū)動環(huán)等中小件噴涂一次,，涂層厚度約為0.2~0.3mm；施涂后立即點燃干燥,。
生產(chǎn)應(yīng)用結(jié)果表明：新型燒結(jié)剝離型醇基淺色鑄鐵涂料的涂刷性,、滲透性,、抗流淌性、流平性和抗裂性均很好,，涂層強度高,，發(fā)氣量小，鑄件打箱時涂層大部分能成片剝離（見圖1）,，拋丸清理后鑄件表面光潔（見圖2）,，無粘砂和氣孔、夾砂等缺陷,，表面粗糙度Ra≤6.3µm,，提高了鑄件清理工效，節(jié)約了能源,，減輕了勞動強度,。該涂料可代替醇基石墨粉涂料用于酸自硬呋喃樹脂砂鑄造各種優(yōu)質(zhì)大中小型鑄鐵件，而且顏色為淺紅色,，容易識別,，可避免漏涂，還消除了石墨粉涂料對生產(chǎn)環(huán)境的污染,。
圖1 曲柄和驅(qū)動環(huán)鑄件的涂層剝離情況
圖2 制動盤和減速器殼體鑄件拋丸清理后的表面情況
3 粘土濕型砂鑄造醇基噴涂涂料
粘土濕型砂鑄造工藝因其成本低,、效率高，目前在造型制芯工藝中占有重要地位,。普通鑄鐵濕型砂一般都加入煤粉,，以提高鑄件表面質(zhì)量，但它降低了型砂的透氣性和強度,，更為嚴重的是惡化了勞動條件,。采用普通濕型砂工藝直接生產(chǎn)鑄鋼件時，鑄件容易產(chǎn)生粘砂,、氣孔等缺陷,。為了改善濕型砂工藝的勞動條件，實現(xiàn)“綠色鑄造”,，提高鑄件表面質(zhì)量,，應(yīng)用濕砂型鑄造系列涂料是一個重要途徑。
粘土濕砂型涂料有以下一些特殊要求：
1,、濕砂型宜采用醇基快干涂料,，并且最好采用噴涂方法。濕型砂鑄造時如采用水基涂料,，需要進行表面烘干,，否則極易降低砂型表面強度，也使鑄件容易產(chǎn)生氣孔缺陷，但這將增加生產(chǎn)工序,，降低生產(chǎn)效率,，在批量生產(chǎn)線上也不易實現(xiàn)。而醇基涂料具有干燥快（點燃干燥或自然揮發(fā)干燥）,、生產(chǎn)效率高,、適用范圍廣等特點。另外,，濕型砂表面強度低,，刷涂涂料時容易帶砂，操作不便,，涂層不光潔,。
2、濕砂型涂料要求滲透性和抗裂性高,，發(fā)氣量小,。因為濕型砂粒度細，透氣性差,，含水量高,，發(fā)氣量大，強度低,，使涂料不易往砂型里滲透,，涂層容易開裂起皮，鑄件產(chǎn)生氣孔的傾向大,。
3,、濕砂型涂料的噴涂方式又要求涂料的粒度細、粘度低,、懸浮性和抗流淌性高,。
4、濕砂型鑄鐵涂料一般為燒結(jié)剝離型涂料,。其耐火粉料的組成一般為復(fù)合型，即由多種能在金屬液澆注溫度下相互燒結(jié)的粉料構(gòu)成,，也可在一種粉料的基礎(chǔ)上添加相應(yīng)的助熔劑（或氧化劑）,，以使粉料產(chǎn)生適度燒結(jié)。
在鑄鐵用石墨粉涂料中加入適量的粉狀（325目以細）低熔點物質(zhì)作為燒結(jié)劑,，可有效改善涂料的燒結(jié)剝離性,，涂層能成片剝離，還能使石墨粉涂料的黑色變淺,，有利于改善作業(yè)環(huán)境,。
鑄鐵涂料中加入某些幾乎不溶于水的粉狀金屬氧化物時，涂料的滲透性也同時有所提高。這是因為金屬氧化物對型砂的滲透能力取決于離子電位和電性,；離子電位低,，負電性小，則滲透能力強,；而幾乎不溶于水的金屬氧化物的離子電位很低,，負電性很小。
作者歷經(jīng)多年研究,，開發(fā)成功一種粘土濕型砂鑄鐵用新型醇基石墨粉復(fù)合涂料,。新型醇基石墨粉復(fù)合涂料的懸浮率、抗裂性和發(fā)氣性達到了國內(nèi)外同類產(chǎn)品領(lǐng)先水平,。
新型粘土濕型砂鑄鐵醇基石墨粉復(fù)合涂料分別在湖北五金工具公司,、湖北隨州通用機械廠、湖北隨州車橋廠等單位得到了多年生產(chǎn)應(yīng)用,。澆注的鑄件有管子鉗柄體,、載重汽車制動轂和飛輪等。管子鉗柄體材質(zhì)為可鍛鑄鐵,，質(zhì)量為9kg,，壁厚為25mm，澆注溫度為1450~1480℃,。制動轂材質(zhì)為灰口鑄鐵,，質(zhì)量為15~35kg，壁厚為18~28mm,，澆注溫度為1350~1380℃,。柄體鑄造型砂由水洗硅砂、紅砂和膨潤土及適量水混制而成,，不加煤粉,。造型后立即噴涂，且均噴涂一次,；柄體涂層厚度約為0.1~0.2mm,，不點燃干燥，噴涂后立即合箱澆注,；制動轂涂層厚度約為0.2~0.3mm,，噴涂后立即點燃干燥，合箱,，再放置數(shù)小時后澆注,。
生產(chǎn)應(yīng)用結(jié)果表明：該涂料的滲透性、抗流淌性和抗裂性均很好,，涂層強度高,，發(fā)氣量小,，澆注后涂層自身產(chǎn)生適度燒結(jié)，打箱時涂層易成片剝離,，鑄件表面光潔,，基本無粘砂，字跡非常清晰,。而未用涂料時,，鑄件打箱后表面粘砂嚴重，字跡模糊（見圖3~4,，圖中上部均為使用涂料的鑄件,，下部均為未用涂料的鑄件）。鑄件進行拋丸清理后,，使用涂料的表面粗糙度明顯低于未用涂料的表面（見圖5,，圖中上部為使用涂料的鑄件，下部為未用涂料的鑄件),，表面粗糙度Ra≤6.3µm,，而且無氣孔、夾砂和掉砂等缺陷,，大幅度提高了鑄件清理工效,，節(jié)約了能源，減輕了勞動強度,。
圖3 管子鉗柄體鑄件表面情況對比
圖4 制動轂鑄件表面情況對比(拋丸清理前) 圖5 制動轂鑄件表面情況對比(拋丸清理后)
粘土濕型砂鑄鋼醇基電熔鎂砂粉涂料在武漢鋼鐵公司某廠中小型鑄鋼件的生產(chǎn)中也取得了滿意效果,。澆注的鑄件為襯板、錘頭等,，材質(zhì)為高錳鋼,，重量為10~30kg，壁厚為
20~50mm,，澆注溫度為1420~1450℃,。型砂僅由水洗硅砂、膨潤土及適量水混制而成,。造型
后立即噴涂,，涂層厚度約為0.5mm。噴涂后立即點燃干燥,，然后用氧-乙炔火焰進行表面輔助干燥,，再放置約1小時后合箱澆注。生產(chǎn)的鑄件基本上無粘砂,、氣孔、夾砂等缺陷,，表面粗糙度Ra≤12.5µm,。
使用粘土濕型砂醇基涂料時應(yīng)注意以下一些問題：
1,、涂層厚度
涂層厚度應(yīng)根據(jù)鑄件材質(zhì)和壁厚等因素確定。鑄鐵時,，控制在0.5mm以下即可,；鑄鋼時，涂層厚度控制在0.4~0.8mm之間較宜,；鑄件壁厚越大,，涂層厚度應(yīng)越大。
2,、干燥方法
對于薄小鑄鐵件,，噴涂料后可不干燥而立即直接澆注，鑄件也不會產(chǎn)生粘砂和氣孔,。
粘土濕型砂鑄造醇基涂料可以自然風(fēng)干,。
如果涂料點燃或輔助表干，可降低型壁表層水分,，提高表層強度,，減少夾砂、掉砂和氣孔等缺陷（相當(dāng)于不完全表干型）,，但此時需將噴涂并點燃后的砂型放置1~2小時后才能澆注,，以減小水分凝聚區(qū)的不利影響。
采用粘土濕型砂噴涂工藝,，可部分代替粘土表干型或干型生產(chǎn)一些比較大的鑄件,，拓寬粘土濕型鑄造工藝應(yīng)用范圍，降低生產(chǎn)成本,，縮短生產(chǎn)周期,。
3、型砂組成
鑄鐵時,，可以取消粘土濕型砂中的煤粉或重油等防粘砂材料,，從而消除它們對生產(chǎn)環(huán)境的污染，并且減少膨潤土和水分加入量,，提高型砂透氣性,。
4 采用鉻鐵礦粉涂料代替鋯英粉涂料生產(chǎn)中大型碳鋼和合金鋼鑄件
目前國內(nèi)用于中大型碳鋼和合金鋼鑄造的涂料主要是鋯英粉涂料。近年來,，由于鋯英粉國內(nèi)外市場供求關(guān)系發(fā)生顯著變化,，導(dǎo)致鋯英粉價格高達1萬元/噸左右。這對廣大鑄造企業(yè)在目前主要金屬爐料價格居高不下的困難條件下的增收節(jié)支和降耗增效無疑是雪上加霜,。因此,，開發(fā)應(yīng)用質(zhì)優(yōu)價廉的鋯英粉涂料替代品種也勢在必行。
鉻鐵礦粉不僅具有類似鋯英粉的固相自燒結(jié)特性,，而且不被鋼水潤濕,，高溫導(dǎo)熱系數(shù)大,，激冷性好。這些性能有助于涂料燒結(jié)剝離和防止粘砂,。尤其重要的是：鉻鐵礦粉的價格比較穩(wěn)定,，目前僅為鋯英粉的40%左右，價格優(yōu)勢明顯,。
鉻鐵礦粉的主要礦物組成為FeO•Cr2O3,，無雜質(zhì)時耐火度為2180℃。鉻鐵礦粉的主要化學(xué)成分為Cr2O3,，次要成分為FeO,、MgO和Al2O3及其它雜質(zhì)。上述次要成分在鋼水的高溫作用會形成少量液相,，對鉻鐵礦粉粒子間的固相擴散可起傳質(zhì)媒介作用,，并按最小能量原理將粒子拉近，促進Cr2O3發(fā)生固相燒結(jié),。隨著溫度的升高,，鉻鐵礦粉粒子間彼此燒結(jié)成致密的尖晶石相（MgO•Al2O3、MgO•Cr2O3等）結(jié)構(gòu),。澆注時鉻鐵礦粉發(fā)生固相燒結(jié)可彌合粒子間空隙,，另外，鉻鐵礦粉不被鋼水潤濕,，高溫導(dǎo)熱系數(shù)是鋯英粉的4倍左右,，激冷性好。這些因素的共同作用可阻止鋼液滲入涂層,，提高涂層的抗機械滲透粘砂能力,。鉻鐵礦粉的固相燒結(jié)還有助于涂料燒結(jié)成片剝離。鉻鐵礦粉的高溫化學(xué)穩(wěn)定性好,，不與鋼水及其中的氧化物發(fā)生反應(yīng),，F(xiàn)eO容易在鑄件表面積累，從而具有良好的抗化學(xué)粘砂能力,。
為了進一步降低涂料生產(chǎn)成本,，可在涂料中預(yù)先加入適量的某種價格較低的粉狀金屬氧化物，同時可進一步促進鉻鐵礦粉的固相燒結(jié)和尖晶石相的生成,，改善涂料的燒結(jié)剝離性,，還能使涂料的顏色變淺，有利于改善作業(yè)環(huán)境,。
作者在工業(yè)性生產(chǎn)條件下配制的新型鉻鐵礦粉復(fù)合水基和醇基涂料的主要性能如表2,。新型鉻鐵礦粉復(fù)合水基涂料在5h內(nèi)基本無沉淀，8~24h懸浮性高達98~99%,，1000℃時的發(fā)氣量為16ml/g以下,。新型鉻鐵礦粉復(fù)合醇基涂料在8h時的懸浮性達到95%,，1000℃時的發(fā)氣量為19ml/g以下。兩種涂料在1200℃下急熱2min時均不產(chǎn)生裂紋,，涂刷指數(shù)和觸變率也較高。
表2 新型鉻鐵礦粉復(fù)合水基和醇基涂料的主要性能
品 種 比 重
g/cm3 粘 度/ s
(ф6mm杯) 懸浮率
% 觸變率
% 涂刷
指數(shù) 抗裂性
(1200℃╳2min) 發(fā)氣量
ml/g
(1000℃)
水基涂料 2.0～2.1 9～11 ≥98 (24h) ≥36 ≥6.5 1級 ≤16
醇基涂料 2.1～2.2 8～10 ≥95 (8h) ≥31 ≥5.0 1級 ≤19
新型鉻鐵礦粉復(fù)合水基和醇基涂料分別在湖北鄂州某鑄鋼公司和江西南昌某鑄鋼公司等單位的中大型碳鋼和中小型合金鋼鑄造中得到了兩年多的生產(chǎn)應(yīng)用,。澆注的鑄件有大型支座,、鏈輪和聯(lián)軸器等。幾種大型支座和鏈輪等鑄件的材質(zhì)為碳鋼,，質(zhì)量為0.6~5.5噸,，最大壁厚為120~160mm。聯(lián)軸器的材質(zhì)為鉻鉬合金鋼,，質(zhì)量約0.5噸,，最大壁厚約為110mm。大型支座等的造型制芯采用CO2氣硬水玻璃砂,；刷涂醇基涂料,，其中厚大件刷涂兩次，中小件刷涂一次,，涂層厚度約為0.4~1.0mm,，立即點燃干燥。鏈輪和聯(lián)軸器的造型制芯采用粘土干型砂,；刷涂水基涂料,，涂料均刷涂一次，涂層厚度約為0.4~0.5mm,，立即點燃干燥,。
生產(chǎn)應(yīng)用結(jié)果表明：新型鉻鐵礦粉復(fù)合水基和醇基涂料的滲透性、抗流淌性和抗裂性均很好,，涂層強度高,，發(fā)氣量小，澆注后涂層自身產(chǎn)生固相燒結(jié),，打箱時涂層絕大部分能成片剝離,，鑄件表面光潔，基本無粘砂和氣孔（見圖6~8,，）,，大幅度提高了鑄件清整工效，節(jié)約了能源,，減輕了勞動強度,。
新型鉻鐵礦粉復(fù)合水基和醇基涂料生產(chǎn)成本僅約鋯英粉涂料的二分之一，比棕剛玉粉涂料的抗粘砂能力和燒結(jié)剝離能力強,，可代替價格昂貴的鋯英粉涂料生產(chǎn)無粘砂,、無氣孔,、表面光潔的中大型碳鋼和中小型合金鋼鑄件，但是在中大型合金鋼鑄件上的應(yīng)用效果尚不如鋯英粉涂料,。
圖6 聯(lián)軸器鑄件的表面情況 圖7 某大型鑄件表面情況
圖8 大型支座鑄件表面情況
5 采用激冷涂料和絕熱涂料防止鑄件脈紋缺陷
樹脂砂鑄造時,，硅砂的相變膨脹容易使鑄件產(chǎn)生脈紋缺陷。如果采用激冷涂料對金屬進行激冷,，加快金屬液冷卻,，在硅砂膨脹開裂前使金屬凝固，可達到防止鑄件產(chǎn)生脈紋的目的,。相反地,，如果采用絕熱涂料保護砂型部位，使其加熱速度減慢,，溫度降低,，硅砂的膨脹量減小，則裂紋不再產(chǎn)生,，金屬液也就不可能滲入砂型與硅砂發(fā)生反應(yīng),，從而也可以防止鑄件產(chǎn)生脈紋缺陷。
1,、激冷涂料
可用于激冷涂料的常見激冷材料有銻,、鉍、碲和鉻四種金屬粉末,，它們的激冷效果由好到差的熟悉為：銻,、鉍＞鉻鐵＞碲。因為鉍的價格太貴,，而銻比較便宜,，所以選擇銻作為防脈紋涂料的激冷材料比較理想。
這種涂料的配制方法和普通涂料的配制方法相同,，只是由于金屬粉末密度較大,，需要用懸浮性能好的懸浮劑和增稠劑，同時要注意以下幾個方面：
（1）金屬銻加入的比例占骨料的20～60%（質(zhì)量分數(shù)）,，其余骨料用低膨脹填料,，如鉻鐵礦粉、石墨粉等,；
（2）使用前要攪拌均勻,，避免金屬粉末沉淀影響效果；
（3）宜在激冷涂料上面再涂面層涂料（常規(guī)鑄造涂料即可）,，避免金屬銻與鐵水反應(yīng)對鑄件材質(zhì)產(chǎn)生不利影響,。
這種激冷涂料對小型鑄件的輕度脈紋效果不錯，但不能完全防止中大型鑄件的嚴重脈紋。其原因是中大型鑄件金屬液不容易凝固,，激冷涂料的激冷效果有限,。
2、絕熱涂料
可用硅藻土粉配制絕熱涂料,。配制和使用這種涂料要注意以下問題：
（1）普通硅藻土粉發(fā)氣量大,，不適于配制涂料，必須選擇質(zhì)量好的,、經(jīng)過700～900℃焙燒的硅藻土粉,；
（2）宜在激冷涂料上面再涂面層涂料（常規(guī)鑄造涂料即可），因為硅藻土涂料耐火度較低,；
（3）硅藻土粉絕熱效果好，使用這種涂料會阻礙鑄件的散熱,，將影響鑄件的凝固,，所以必須控制好硅藻土粉加入量；一般硅藻土粉占骨料的20～60%（質(zhì)量分數(shù)）,，其余骨料用低膨脹填料,，如鋯英粉、焙燒高鋁礬土粉等,。
這種絕熱涂料防止鑄件脈紋缺陷的效果好,，能夠解決一些比較嚴重的鑄件脈紋缺陷。
6 高壓無氣噴涂機
噴涂主要適用于大面積鑄型（芯）和大量鑄型（芯）的生產(chǎn),，以及表面強度較低的粘土砂濕型的施涂,，涂層厚度均勻，無刷痕,。
噴涂法有三種形式,，即空氣噴涂、低壓熱空氣噴涂和高壓無氣噴涂,。
空氣噴涂法的主要缺點是：由于空氣反彈及空氣在砂型（芯）空隙中形成渦孔等影響,，使涂料很難深入空隙之中，涂層附著強度較低,，并且部分涂料散入空氣中,，涂料利用率低，環(huán)境污染嚴重,，對工人健康不利,。用醇基涂料噴涂時，載液霧化散入空氣中易引起火災(zāi),。
低壓熱空氣噴涂的特點是空氣經(jīng)預(yù)熱至高于室溫20℃以上,，空氣壓力低到約0.035～0.07MPa。此外，涂料一般也預(yù)熱到50～65℃,。涂料預(yù)熱后粘度大為降低,，這樣可用大量低壓熱空氣將涂料微粒噴涂在砂芯表面。這種工藝消除了涂料回彈現(xiàn)象,，改善了勞動條件,，并可節(jié)省涂料。
高壓無氣噴涂法的特點是將涂料壓力升高后儲存在高壓容器內(nèi),，利用涂料本身的壓力噴出涂料,，涂料通過噴嘴分散為小液滴，噴射到砂型（芯）表面,。它對砂型（芯）表面的撞擊作用小,，固體微粒回彈量少,，涂料飛散損耗小,，且涂層容易積聚，涂層表面也較光滑,。高壓無氣噴涂的涂層附著強度高,，具有節(jié)省涂料，減少環(huán)境污染,，提高生產(chǎn)效率等優(yōu)點,，是噴涂法的發(fā)展方向。
圖9為江蘇某公司生產(chǎn)的電動高壓無氣噴涂機（其技術(shù)參數(shù)見表3）,。圖10為上海某公司生產(chǎn)的氣動高壓無氣噴涂機,。高壓無氣噴涂機的加壓原理見圖11，它利用壓縮空氣（也可用電動機或小型汽油機）作動力,，通過換向機構(gòu),，使低壓氣缸圓盤活塞受壓力，作上下往復(fù)運動,；而這個低壓氣缸圓盤活塞桿與下方的高壓涂料缸內(nèi)的圓柱活塞桿相連接,，同時做上下往復(fù)運動，從而使高壓涂料缸內(nèi)涂料加壓,。
圖9 電動高壓無氣噴涂機 圖10 氣動高壓無氣噴涂機圖 圖11高壓無氣噴涂機的工作原理
表3 電動高壓無氣噴涂機技術(shù)參數(shù)
指標 參數(shù)
電機額定功率 1000W
電壓 220V
最大輸出壓力 20MPa
最大噴射流量 1.71L/min
最佳噴射距離 350-400mm
噴射寬度 250mm
整機質(zhì)量 11.5kg
7 國內(nèi)鑄造涂料的發(fā)展方向
雖然近年來我國砂型鑄造涂料的研究與應(yīng)用得到了快速發(fā)展,，但是與先進工業(yè)國家相比尚有較大差距。
我國鑄造涂料工作者應(yīng)加強合作,，重視涂料的基礎(chǔ)研究,，根據(jù)市場需要不斷開發(fā)各種新型鑄造涂料（重點發(fā)展水基涂料和醇基粒狀涂料）和高效率、高品質(zhì)的涂敷,、干燥方法及其設(shè)備（如流涂,、微波干燥），進一步提高涂料的性能，開發(fā)新的涂料檢測儀器,，建立健全涂料品質(zhì)保證體系,，加強原材料供應(yīng)商、涂料生產(chǎn)廠和鑄造廠之間的密切合作,，加快涂料生產(chǎn)和供應(yīng)的專業(yè)化,、系列化及商品化進程，為我國鑄造行業(yè)提供多品種,、高檔次的鑄造涂料,。 |
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