选择中大型铸件抗粘砂涂料的方法|技术资料-大友工量具设备

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    选择中大型铸件抗粘砂涂料的方法

    经实践发现浇注吨位重、壁厚大、热量集中、铁液保持液态时间长,铸件表面*易氧化而产生渗透粘砂,而铸造厂对铸件的质量、清砂时间、清洁度等要求越来越高,发气量、成本要求越来越低。所以浇注大型、特大型铸件(如铸铁平板,铸铁平台等)存在的主要问题之一是铸件的粘砂。正是由于这种情况,对铸型和涂料提出了更高的要求。

    一, 粘砂的形成

    粘砂的形成分两个阶段,初始金属液渗入孔隙中产生机械粘砂;渗入的金属液被氧化形成化学粘砂,因此一般在生产中被观察到的粘砂都是机械渗透一化学反应的综合性粘砂。机械粘砂:液态金属渗入到铸型和型芯表面的孔隙中,包覆部分砂粒,凝固以后便形成金属陶瓷状的粘砂层,而大型、重型铸件粘砂主要是由于静压力大,渗透深度深,处于高温液态状的时间长,即铸型及其涂层的过热时间长。化学粘砂是Fe的氧化作用与铸型材料和浇注气氛相互之间物理化学作用的结果。造型材料的颗粒在粘砂层中,即能够同Fe的氧化物粘结,也能够与易熔的硅酸盐等粘结。这种粘结可以通过氧化铁薄膜或渗入金属与铸件粘合在一起,即形成造型材料的熔化和铸件表面熔焊。化学粘砂又分为难剥离和易剥离的烧结层。这种粘砂与铸型气氛密切相关,在氧化性气氛中形成的粘砂严重,而在还原性气氛中形成的粘砂较少。所以在铸钢涂料中加入Al,Si、Fe 等一些吸收氧的物质能减少铸件表面的氧化,防止铸钢件的皱皮等。而碳素材料、有机物类和树脂类材料在高温下的挥发物能形成还原性气氛,对氧化铁有化学惰性,并可在烧结层之间形成一层光亮碳膜,这种光亮碳膜不被金属及金属氧化物浸润,使粘砂层很容易从铸件上剥离下来,所以说粘砂也可以被称为铁液对铸型的浸润,润湿程度越深,粘砂越严重。

    二,涂料的组成

    载体是耐火粉料的分散介质。一般有水基和醇基两大类,可根据实际生产现场情况和成本考虑进行选择;悬浮剂选用多元复配效果*好,但一般悬浮剂都是低熔点物质,所以在满足性能的前提下,不宜多用;粘结剂采用常温型和高温型,重点考虑发气量;添加剂有活性剂,主要满足施涂手段和浸润的要求,此外还有铸型气氛调节剂、偶联剂、消泡剂、防腐剂等;助 熔剂加入到耐火骨料中的主要目的就是使之形成玻璃液相,促进烧结,使耐火骨料的结构致密化,一般有长石、稀土、锂辉石、滑石等。耐火材料:抗铸件粘砂仍是涂料的主要功能,而耐火粉料是砂型(芯)涂料的主体,决定着涂料的抗粘砂性能,越来越多的耐火材料被用于砂型涂料,如锆英粉、铝钒土、刚玉粉、镁砂粉、铬铁矿粉、石墨、石英粉、地开石粉、叶蜡石粉、尖晶石、蓝晶石、珠光粉等。采用新型的非金属矿物耐火材料,合理的调整多元矿物组合、颗粒大小及粒度分布等,以提高耐火填料向铸型内的渗透能力。因此,应选择热膨胀系数小、资源丰富、价格便宜、符合环保的耐火材料。在选择时应从以下几个方面考虑:

    (1)材料组合选择

    由于与金属液相接触中,铸型和型芯表面被加热的温度主要取决于铸型材料的冷却性能,即蓄热系数,因此涂料采用具有较高的蓄热能力的材料可以减轻金属液对铸型表面的加热,并且减少金属液对铸型表面的渗透。如铬铁矿粉、铬镁矿粉、锆英粉、铁粉等材料,能够改善铸件的表面质量;而高耐火度材料如纯氧化铬、氮化硼、氮化硅、碳化钛、碳化硅、石墨、铬刚玉粉、锆刚压粉、镁橄榄石粉等材料经组合后具有*佳的烧结性,因而具有*好的抗粘砂性。多元的粉料组合,有利于获得涂料良好的综合性能,尤其是高温性能。

    (2)粒度组合

    耐火材料的粒度、粒度分布、密度选择、比表面积确定等也非常重要,把选择好的耐火材料的粒度从100 目到1000 目之间进行组合,可大大降低比表面积,相应地提高涂层的耐火度。要使涂料层中的粉料颗粒排列致密,*好能使较细的颗粒镶嵌于较粗的颗粒之间,因而粒度的分布宜分散而不宜集中。不同粒度组合能减小耐火骨料的热膨胀性,防止涂层开裂,使涂层的致密性更高,使骨料颗粒更容易烧结封闭孔隙,形成一定厚度的封闭层,防止铁液的渗透。不同粒度组合还能调节涂料体系的耐火度,使之能达到中度烧结易剥离的状态。但不同的铸件,由于材料、浇注温度、铸型材料、重量、浇注工艺等的不同,其铸型涂层的液相烧结点是不一样的。因此,应对涂料优化设计。

    (3)高温稳定性能

    高温液态金属浇注在涂料界面上将产生一系列复杂的高温物理化学反应。涂层属于一种特殊的耐高温快速烧结的耐火材料,应具有*高的耐暴热冲蚀性能,高的化学稳定性,防止铸型的熔蚀反应。能在较长时间内受高温的情况下,保证涂料封闭层的厚度和完整。

    (4)烧结性

    浇注液态金属以后,由于高温作用,涂料层中的粘结剂因热解而失效,这时,涂料层强度的建立,主要依靠粉料颗粒烧结而形成致密的烧结隔离层,对改善铸件的表面质量和减少清理的劳动量都是非常有利的。实际上,若耐火粉料在高温下不被烧结,就不能形成足够高的强度和致密性,也就不能承受住金属液的冲刷和渗入,因此在设计涂料配方时应遵循一要烧结、二要剥离的原则。耐火粉料的烧结性往往比耐火度和高温化学稳定性更为重要。而涂料体系中的耐火填料并不是耐火度越高越好,有意的加入一些长石、锂辉石、滑石、云母、高岭土等低熔点材料(助熔剂),能起到烧结屏蔽作用。适当组合,能降低耐火骨料的烧结点,加入这些耐火基料都具有高耐火度、低烧结温度的特点,涂料则具有很好的烧结剥离特性,在高温下能形成致密的陶瓷状固相烧结层,抗粘砂性强,铸件表面光洁度高,清砂变得更容易。

    (5)剥离性

    如果烧结层与金属之间存在着低强度隔离层,在铸件冷却时,烧结层与铸件收缩率的不同,隔离层在内应力作用下破裂,烧结层便自动剥落下来,或者烧结层含有较多玻璃相,它与铸件收缩率相关甚大,在铸件冷却时,涂层内产生的内应力大于粘砂层的粘着强度,也会自动剥离下来。

    三,涂料抗粘砂作用

    (1)涂料中耐火粉料要比型(芯)砂颗粒细得多,涂刷涂料后,封闭了铸型(芯)表面的孔隙,阻挡了金属液渗入铸型(芯) 表面层内,防止了铸件机械粘砂的缺陷。

    (2)涂料中的多种耐火填料具有导热性好,蓄热能力大和耐火度高的特点,可减少液态金属与铸型的接触时间,使液态金属过早停止流动,从而减少液态金属渗入铸型孔隙的深度,防止铸件的机械粘砂。

    (3)根据烧结性易剥离粘砂层理论,针对不同铸件的生产特点,在涂料配制中选用适宜的耐火粉料和助熔剂,采用多元耐火材料的适当组合,以降低耐火骨料的烧结点,达到在金属液浇注时,涂料易于烧结,形成坚固的玻璃态隔离层,有利于防止粘砂,并且在铸件冷却过程中,由于大型铸件与烧结层的收缩不同,而自动剥离下来。

    四,涂料的工艺性

    配制涂料时,应根据耐火填料的物理特性来选择合适的悬浮剂、粘结剂等辅助剂的种类及其加入量,确定体系的酸碱度和状态,以使涂料的悬浮性、粘结性,涂刷性、流平性、透气性、涂层强度、抗粘砂性,发气性、导热性、环保性和存放性等工艺参数达到较为理想的状态。