消失模鑄造涂料涂敷技術(shù)及對球墨鑄鐵件組織的影響
【一】、涂料涂敷技術(shù)
在消失模鑄造中,涂料的主要作用是提高泡沫模型的強度和剛度;防止在運輸、填砂振動時模樣破壞或變形,澆注時涂料層將金屬液和鑄型隔離,防止金屬液滲入型砂中或出現(xiàn)塌箱。涂料層應能使泡沫模型熱分解產(chǎn)生的大量氣體等產(chǎn)物順利逸出,防止鑄件產(chǎn)生氣孔、碳缺陷等;鑄件的表面品質(zhì)。
消失模涂料中耐火骨料是涂料的主體,其質(zhì)量分數(shù)一般大于50%。主要有錯英粉、鋁礬土、棕剛玉粉、石英粉、滑石粉、莫來石粉、云母粉等。其粒徑級配應兼顧防止粘砂和高溫透氣性,粒形要有利于提高透氣性,通常選擇數(shù)量的球狀顆粒,有利于模型氣化后氣體的逸出或模型不分解的液化產(chǎn)物的排除。
消失模涂料的載體可采用水或乙醇,綜合考慮消失模鑄造多采用水基。粘接劑主要包括粘土、水玻璃、糖漿、紙漿廢液、白乳膠、硅溶膠等。近年來在選擇粘結(jié)劑時主要考慮以下幾個方面的因素:1)減少高溫發(fā)氣性;2)提高涂掛性;3)提高涂層強度和剛度;4)不浸蝕模型等。懸浮劑可防止涂料發(fā)生沉積、分層、結(jié)塊、使涂料具有的觸變性。多采用膨潤土、凹凸棒石粘土、高分子化合物及其復合體等。另外消失模涂料中還添加表面活性劑,目的是增加涂料的涂掛性,提高涂料與模型表面的親和力和結(jié)合強度,此外還常常加入其他添加劑,如消泡劑、減水劑、劑、顏料等。
為此要求涂料層具有良好的強度、透氣性、耐火度、絕熱性、耐急冷急熱性、低的吸濕性、良好的清理性、涂掛性、滴淌性、懸掛性等。綜合起來主要包括工作性能和工藝性能兩大類。
涂料的工作性能包括強度、透氣性、耐火度、絕熱性、耐急冷急熱性等,主要是在澆注和冷卻過程中應具有的性能,其中的是強度和透氣性。而涂料的工藝性能包括涂掛性、滴淌性、懸浮性等,主要是在涂掛操作中所要求的性能。一般消失模鑄造多采用水基涂料,涂料與模型一般不潤濕,從而要求改進水基涂料的涂掛性。滴淌性是指模型掛涂料后盡量不滴不淌,涂料層的均勻性。懸浮性是指涂料在使用過程中,涂料保持密度的均勻性,不發(fā)生沉積現(xiàn)象等。
由于不同的合金對涂料的要求不同,建議根據(jù)合金種類的不同研制相應的涂料,如鑄鐵涂料、鑄鋼涂料,有色合金涂料等。消失模鑄件在涂料配置和混制過程中,應盡量使用合理的骨料級配,使骨料和粘結(jié)劑及其他添加劑混合均勻。
除了涂料性能達到要求外,涂敷和烘干工藝對生產(chǎn)也具有的影響。生產(chǎn)上多采用浸涂,是一次完成。烘干時控制烘干溫度的均勻性和烘干時間,涂層干燥不開裂。
【二】、對球墨鑄鐵件組織的影響
消失模鑄造過程中,原材料和工藝因素對球墨鑄鐵件的不良影響遠大于對灰鑄鐵件和蠕墨鑄鐵件的影響,尤其是對石墨形態(tài)的不良影響。消失模白模一般采用聚苯乙烯和共聚料,在使用中發(fā)生化學反應。
由于球鐵件碳當量高,EPS裂解也產(chǎn)生碳,會使球鐵鐵液增碳,增加球鐵件出現(xiàn)石墨漂浮缺陷的風險,因此球鐵件白模材料多用共聚料代替EPS,即便如此,生產(chǎn)中還會時常出現(xiàn)球化不良的缺陷,致使鑄件力學性能降低或報廢。
在試驗車間和生產(chǎn)車間對相同的鑄件分別進行了消失模與水玻璃砂、樹脂砂鑄件的組織對比試驗。采用同一包球化鐵液先澆注消失模鑄件,后澆注水玻璃砂和樹脂砂鑄件,消失模鑄件球化級別多為3級,其次4級,部分2級。水玻璃砂和樹脂砂鑄件球化級別均為2級。大量對比試驗表明:消失模球鐵件與水玻璃砂和樹脂砂球鐵件相比,球化級別平均低1~2級。
與消失?;诣T鐵件生產(chǎn)工藝相比,消失模生產(chǎn)球鐵件多了包內(nèi)球化處理工藝,消耗的鐵液溫度,因此消失模球鐵件需要比灰鐵的出爐溫度。1600℃左右或溫度,鐵液冶金質(zhì)量會變差,加上模樣裂解出來的氫氣作用,涂料透氣性較差或者澆注后真空度降低,會增大氫氣與鐵液接觸作用的時間,石墨球析出數(shù)量減少。較高的鐵液澆注溫度,型砂被烘熱后,處于較高的溫度,從而延遲鐵液的凝固時間,石墨球發(fā)生畸變。模樣裂解出的碳富集或擴散至鐵液中,使原本高碳當量的鐵液,非常容易出現(xiàn)石墨漂浮,石墨球出現(xiàn)開花狀或串聯(lián)狀畸變,造成球化級別的降低。
針對消失模球鐵件出現(xiàn)的球化不良缺陷,有些生產(chǎn)企業(yè)依靠增加球化劑加入量球化級別,加入量達到鐵液的2.2%~2.4%,其結(jié)果是出現(xiàn)夾渣、石墨漂浮、加工困難、滲漏等一系列質(zhì)量問題,而且造成生產(chǎn)成本增加。
為了解決這個問題,有些消失模企業(yè),選用寶珠砂代替硅砂。這種粒度圓整的人造砂透氣性好,散熱快,耐火度高,不易粉碎。其次,降低出爐溫度、鐵液冶金質(zhì)量、孕育,使用孕育劑或硫氧孕育劑,關(guān)鍵是選擇、反應平穩(wěn)的球化劑,嚴格控制爐內(nèi)硫量。此外選用適當?shù)恼婵毡?,真空度穩(wěn)定,防止?jié)沧㈣F液后真空度降低,選用共聚料和透氣性好的涂料,減少或原材料和工藝因素對球鐵鐵液的影響。
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