全  站关键词

摘要:介绍了新型低碳钢铸件表面防渗碳涂料的组成结构、生产工艺、性能特点和应用实例。新型防渗碳涂料不仅能够有效地减轻或消除低碳钢铸件表面增碳,还能使涂层容易剥离,得到无粘砂、无气孔、表面光洁的铸件。

关键词:低碳钢;渗碳;锆英粉;涂料

中图分类号:TG156 文献标识码:A 文章编号:1000-8365(2010)12-1551-04

采用树脂砂工艺生产低碳钢铸件时,铸钢件表面容易发生渗碳缺陷。

铸钢件增碳会降低断面收缩率、伸长率,恶化塑性和韧性。低碳钢铸件表层增碳还会导致硬度增加、机加工困难、焊接性能下降等问题。低碳不锈钢铸件表层增碳还会使其抗腐蚀能力下降。低碳钢铸件的防渗碳问题是近年来的研究热点。

低碳钢铸件表层增碳的产生原因主要是:在钢液浇注和铸件凝固过程中,树脂砂型(芯)工作表层和涂料中的树脂等有机物发生热分解,产物为CO、CO2、CH4及少量H2,还有一定量的热解碳;这些含碳热解产物通过砂型(芯)/铸件界面向铸件表层扩散和渗透,导致铸件表层增碳。

由此推测:在砂型(芯)工作表面涂敷一层在高温下能形成一定厚度的致密烧结玻璃体的涂料,对于防止低碳钢表层增碳应是一种简便、有效的方法。为此,我们开展了低碳钢铸件防渗碳涂料的开发与应用研究。

1低碳钢铸件防渗碳涂料的成分设计

新型低碳不锈钢铸件防渗碳涂料主要由耐火基料、粘结剂、溶剂、分散悬浮剂和其它附加物(烧结助剂、消泡剂、润湿剂、减水剂、固化剂、流平剂等)组成。

1.1耐火粉料

低碳不锈钢铸件防渗碳涂料不仅要求涂层烧结致密,而且要求具有良好的防粘砂效果。按照“涂料烧结剥离防粘砂”理论,粉料的耐火度不必要求过高,主要应考虑耐火粉料自身或与涂料中其它组分之间及与砂型基体之间的反应烧结性,此时要求其烧结点接近铸造合金的浇注温度,能在浇注过程中生成新相或产生轻度烧结,或完全熔融,涂料层呈陶瓷态或高粘度的玻璃态,能抵抗金属液渗透,并且冷却后易于与铸件剥离,得到表面光洁的铸件,这种涂料称之为烧结剥离型涂料。烧结剥离型涂料的耐火粉料一般为复合型,即由多种能在金属液浇注温度下相互烧结的粉料构成,也可在一种粉料的基础上添加相应的助熔剂(或氧化剂),以使粉料产生适度烧结和熔融。

按照“涂料烧结致密防渗碳”理论,烧结致密的涂料刚好能作为砂型(芯)工作表面的屏蔽层,阻挡来自砂型(芯)的C与金属液反应,或者通过气相或固相扩散进入金属液,从而避免铸钢件产生增C等缺陷。

获得在高温下高致密、具有良好屏蔽性的涂层的方法有:

(1)使用烧结温度比金属的浇注温度低50~100℃,能发生轻度烧结的耐火材料,以形成致密的涂层。

(2)在涂料耐火骨料中配入某些助熔成分,在浇注温度下适度熔融,形成一层致密无缝的玻璃体。

(3)选用细粒度的耐火粉料。一般要求粉料粒度能全部过325目(40μm),其中<10μm的应占15%~20%为宜。

根据以上分析,为了同时保证低碳不锈钢铸件防渗碳和防粘砂的双重效果,我们采用锆英粉作为本涂料的耐火基料。

锆英粉的熔点随所含杂质的不同而在2190~2430℃内波动,但在1540℃时可热分解为ZrO2和SiO2,并开始烧结(SiO2的熔点较低),具有一定的自烧结性。因此锆英砂的烧结温度与熔化温度之间有一个较宽的温度区间,这有利于它在金属液浇注后产生烧结剥离,使铸件表面容易清理。锆英粉还几乎不被熔融金属或金属氧化物浸润,有利于阻止金属液侵入铸型孔隙,可减少机械粘砂缺陷。另外,锆英粉在高温下表现为中性至弱酸性,与碱性渣反应缓慢,热化学稳定性高,可防止化学粘砂缺陷。

锆英粉还应有合理的粒度分布。粒度过粗,涂料层粗糙,而且悬浮性和渗透性不好;过细,则涂层抗裂性差。其粒度分布应在合适的粒径范围内呈较大的分散度,以充分利用粗细粒子的相互镶嵌作用,得到致密的涂层,提高其抗金属液渗透能力和抗渗碳能力。我们采用325目锆英粉作为本涂料的耐火基料,

其中粒径小于10μm的微细粒子大于15%。为了根据铸件的结构条件(重量、壁厚等)和生产条件(材质、浇注温度等)调整锆英砂的烧结温度范围,本涂料还外加适量的某种助熔剂。该助熔剂在超过1000℃后可发生热分解,产生一种高温化学稳定性好的还原性气体。这种还原性气体能避免砂型(芯)/铸件界面的含碳物质与钢液接触,防止界面钢液层吸碳,从而有效地减轻或消除铸件表面渗碳。