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消失模铸造涂料涂敷技术及对球墨铸铁件组织的影响

发布时间:2019-12-07 11:31

【一】、涂料涂敷技术
  在消失模铸造中,涂料的主要作用是提高泡沫模型的强度和刚度;防止在运输、填砂振动时模样破坏或变形,浇注时涂料层将金属液和铸型隔离,防止金属液渗入型砂中或出现塌箱。涂料层应能使泡沫模型热分解产生的大量气体等产物顺利逸出,防止铸件产生气孔、碳缺陷等;保证铸件的表面品质。
  消失模涂料中耐火骨料是涂料的主体,其质量分数一般大于50%。主要有错英粉、铝矾土、棕刚玉粉、石英粉、滑石粉、莫来石粉、云母粉等。其粒径级配应兼顾防止粘砂和高温透气性,粒形要有利于提高透气性,通常选择一定数量的球状颗粒,有利于模型气化后气体的逸出或模型不完全分解的液化产物的排除。
  消失模涂料的载体可采用水或乙醇,综合考虑消失模铸造多采用水基。粘接剂主要包括粘土、水玻璃、糖浆、纸浆废液、白乳胶、硅溶胶等。近年来在选择粘结剂时主要考虑以下几个方面的因素:1)减少高温发气性;2)提高涂挂性;3)提高涂层强度和刚度;4)不浸蚀模型等。悬浮剂可防止涂料发生沉积、分层、结块、使涂料具有一定的触变性。多采用膨润土、凹凸棒石粘土、有机高分子化合物及其复合体等。另外消失模涂料中还添加表面活性剂,目的是增加涂料的涂挂性,提高涂料与模型表面的亲和力和结合强度,此外还常常加入其他添加剂,如消泡剂、减水剂、防腐剂、颜料等。
  为此要求涂料层具有良好的强度、透气性、耐火度、绝热性、耐急冷急热性、低的吸湿性、良好的清理性、涂挂性、滴淌性、悬挂性等。综合起来主要包括工作性能和工艺性能两大类。
  涂料的工作性能包括强度、透气性、耐火度、绝热性、耐急冷急热性等,主要是在浇注和冷却过程中应具有的性能,其中最重要的是强度和透气性。而涂料的工艺性能包括涂挂性、滴淌性、悬浮性等,主要是在涂挂操作中所要求的性能。一般消失模铸造多采用水基涂料,涂料与模型一般不润湿,从而要求改进水基涂料的涂挂性。滴淌性是指模型挂涂料后尽量不滴不淌,确保涂料层的均匀性。悬浮性是指涂料在使用过程中,涂料保持密度的均匀性,不发生沉积现象等。
  由于不同的合金对涂料的要求不同,建议根据合金种类的不同研制相应的涂料,如铸铁涂料、铸钢涂料,有色合金涂料等。消失模铸件在涂料配置和混制过程中,应尽量使用合理的骨料级配,使骨料和粘结剂及其他添加剂混合均匀。
  除了涂料性能达到要求外,涂敷和烘干工艺对生产也具有一定的影响。生产上多采用浸涂,最好是一次完成。烘干时控制烘干温度的均匀性和烘干时间,保证涂层干燥不开裂。
  【二】、对球墨铸铁件组织的影响
  消失模铸造过程中,原材料和工艺因素对球墨铸铁件的不良影响远大于对灰铸铁件和蠕墨铸铁件的影响,尤其是对石墨形态的不良影响。消失模白模一般采用聚苯乙烯和共聚料,在使用中发生化学反应。
  由于球铁件碳当量高,EPS裂解也产生碳,会使球铁铁液增碳,增加球铁件出现石墨漂浮缺陷的风险,因此球铁件白模材料多用共聚料代替EPS,即便如此,生产中还会时常出现球化不良的缺陷,致使铸件力学性能降低或报废。
  在试验车间和生产车间对相同的铸件分别进行了消失模与水玻璃砂、树脂砂铸件的组织对比试验。采用同一包球化铁液先浇注消失模铸件,后浇注水玻璃砂和树脂砂铸件,消失模铸件球化级别多为3级,其次4级,部分2级。水玻璃砂和树脂砂铸件球化级别均为2级。大量对比试验表明:消失模球铁件与水玻璃砂和树脂砂球铁件相比,球化级别平均低1~2级。
  与消失模灰铸铁件生产工艺相比,消失模生产球铁件多了包内球化处理工艺,消耗更多的铁液温度,因此消失模球铁件需要比灰铁更高的出炉温度。1600℃左右或更高温度,铁液冶金质量会变差,加上模样裂解出来的氢气作用,涂料透气性较差或者浇注后真空度降低,会增大氢气与铁液接触作用的时间,石墨球析出数量减少。较高的铁液浇注温度,型砂被烘热后,处于较高的温度,从而延迟铁液的凝固时间,石墨球发生畸变。模样裂解出的碳富集或扩散至铁液中,使原本高碳当量的铁液,非常容易出现石墨漂浮,石墨球出现开花状或串联状畸变,造成球化级别的降低。
  针对消失模球铁件出现的球化不良缺陷,有些生产企业依靠增加球化剂加入量保证球化级别,加入量达到铁液的2.2%~2.4%,其结果是出现夹渣、石墨漂浮、加工困难、渗漏等一系列质量问题,而且造成生产成本增加。
  为了解决这个问题,有些消失模企业,选用宝珠砂代替硅砂。这种粒度圆整的人造砂透气性好,散热快,耐火度高,不易粉碎。其次,降低出炉温度、改善铁液冶金质量、强化孕育,使用长效孕育剂或硫氧孕育剂,关键是选择优质、反应平稳的球化剂,严格控制炉内硫量。此外选用适当的真空泵,保证真空度稳定,防止浇注铁液后真空度降低,选用共聚料和透气性好的涂料,减少或消除原材料和工艺因素对球铁铁液的影响。