
消失模鑄造全面知識匯總
1. 消失模鑄造的界定
略
2. 消失模鑄造目前有三種工藝方法
消失模鑄造自上世紀八十年代初進入我國以后,曾經(jīng)歷了很長一段時間的渾沌期,行業(yè)內(nèi)曾流傳著一句話:看似簡單的消失模鑄造,一看就會,一做就廢!
作為一門獨立的技術(shù)方法,消失模鑄造應(yīng)該有屬于自己的理論基礎(chǔ),正是因為我們忽略了對消失模鑄造特有理論的研究,很長一段時間借用傳統(tǒng)鑄造的理論解讀消失模鑄造,才使我們進入了與實際截然性反的誤區(qū)。
當我們給自己提出消失模鑄造應(yīng)該研究什么的課題時,我們才發(fā)現(xiàn),消失模這個名字起的很貼切!非常之好!三個字就罩定了主題!
簡單的說,要研究模消失過程中的三個問題:模消失的方式,模消失的時間,模消失的量。
2.1消失模鑄造模的消失方式
消失模鑄造的模是以碳、氫元素為主的化合物,它的消失方式有兩種。
1) 氣化消失;
2) 燃燒消失。
消失模鑄造澆注過程中如果液態(tài)金屬能封閉住直澆道,不使空氣進入型腔,在高溫?zé)o氧的條件下模型的泡沫材料就會由大分子裂解成小分子,由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)通過涂層被真空吸走排出。
如果澆注的過程中有空氣被吸入型腔,泡沫材料就會發(fā)生猛烈的燃燒。這個常識我們每個人都有,泡沫燃燒會產(chǎn)生大量的游離碳和碳束。這是因為空氣中的氧濃度不充足,活潑的氫原子與氧結(jié)合,而使碳游離。游離的碳和碳束溶于液態(tài)金屬,會發(fā)生彌漫性增碳,碳偏析光亮碳,使鑄件的材質(zhì),品質(zhì)和加工性能發(fā)生改變。
灰口鐵和球鐵的碳濃度較高,吸碳傾向不明顯,碳鋼的碳濃度很低,貪婪的吸收碳,泡沫燃燒產(chǎn)生的游離碳就成了鑄鋼件的致命殺手。所以,早期很少有人能做好消失模的鑄鋼件,特別干小型鑄鋼件。
我們知道了游離碳發(fā)生的原理,我們也知道了游離碳的危害,我們也知道游離碳的發(fā)生不可避免,只要有一種方法能使燃燒產(chǎn)生的游離碳排出型腔,不溶于液態(tài)金屬里就可以防止增碳缺陷的發(fā)生。于是,我們嘗試著從冒口中直接澆注,寬敞的冒口通道使泡沫燃燒產(chǎn)生的氣體和游離碳得以比較充分排出,解決了鑄件嚴重的增碳問題。開放式澆注方法是從解決排碳入手的,所以,我們稱之為消失模鑄造的排碳法,多用于需要冒口補縮的厚大件和鑄鋼件。與此相對應(yīng)的封閉式澆注方法,是希望創(chuàng)造高溫?zé)o氧的條件,使泡沫氣化消失,所以我們稱之為消失模鑄造的氣化法。
2.2 消失模鑄造模的消失時間
消失模鑄造模的消失實際上是液態(tài)金屬對泡沫型的置換。既然是兩種物質(zhì)的置換,在一入一出的時間關(guān)系上就有三種表現(xiàn)形式:
A、 液態(tài)金屬的充型速度快于泡沫模型的消失速度;
B、 液態(tài)金屬的充型速度與泡沫模型的消失速度同步;
C、 液態(tài)金屬的充型速度慢于泡沫模型的消失速度。
如果液態(tài)金屬的充型速度比泡沫模型的消失速度快,先于泡沫徹底消失而充滿型腔,液態(tài)金屬就會淹埋泡沫材料的膠狀物,而使泡沫繼續(xù)氣化產(chǎn)生的氣體無法排出型腔,凝固在鑄件中,產(chǎn)生氣孔缺陷,這是我們不希望發(fā)生的。我們希望,泡沫材料的消失速度(不論是氣化還是燃燒)要與液態(tài)金屬充型同步或先于液態(tài)金屬充滿型腔之前消失。這樣,泡沫型的消失對液態(tài)金屬的充型毫無影響。所以,我們在總結(jié)消失模鑄造澆注系統(tǒng)設(shè)計原則時,提出了要控制直澆道的截面積,平衡液態(tài)金屬的給進速度和泡沫型的氣化速度。最好的方法就是先把泡沫模型燒掉或是先點燃。
江西豐遠鑄鋼趙光總經(jīng)理在澆注不銹鋼鑄件時,大膽的嘗試了先把泡沫模型燒一下,繼而澆注鋼水的方法獲得了成功,開創(chuàng)了國內(nèi)消失模鑄造先燒后澆方法的先河。這種方法的目的是創(chuàng)造液態(tài)金屬置換泡沫模型的時間差,我們稱之為空殼鑄造。
2.3 消失模鑄造模的消失量
這個問題會在其它文章中專門討論。本文只綜述幾個概念,在消失模鑄造工藝中,我們希望泡沫型徹底的消失,不留下任何痕跡。消失模鑄造的氣孔缺陷,增碳缺陷,皺皮缺陷等特有缺陷,都是消失模鑄造的模,在消失過程中留下的痕跡。我們通稱為:氣化缺陷。
氣化缺陷克服的措施是一致的,概括的說是七個字:一低、二高、三透氣。即:使用密度較低的泡沫模型,溫度較高的鐵水和通透性能良好的涂料。在這段文章里我們概述了消失模鑄造發(fā)展到今天所產(chǎn)生的三種工藝方法和理論基礎(chǔ),三種方法是:
1)消失模鑄造氣化法“封閉式澆注”;
2)消失模鑄造排碳法“開放式澆注”;
3)消失模鑄造空殼法“先燒后澆”。介紹三種工藝方法的目的,是要說明消失模鑄造發(fā)展至今已不是單一的方法,方法不同對涂料性能的要求不同。
3. 消失模鑄造涂料的功能和性能
傳統(tǒng)鑄造型砂靠粘結(jié)劑定型,形成型腔。粘結(jié)劑及其它輔助材料在接觸高溫金屬液后,會瞬間產(chǎn)生高壓氣體,充滿型砂間隙并在液態(tài)金屬和型腔壁之間形成一層氣膜,阻擋液態(tài)金屬進入型砂間隙。微觀環(huán)境下,這一瞬間液態(tài)金屬不能接觸到型砂,只能接觸到氣膜,稱之為液氣浸潤。因此,在傳統(tǒng)的鑄造中,型腔的型砂表面可能很粗糙,鑄件的表面卻很光滑,就是有氣膜存在的緣故。
消失模鑄造澆注過程中抽真空,盡管泡沫模型氣化,涂料中的有機粘結(jié)劑遇熱碳化和型砂中結(jié)晶水氣化都可以產(chǎn)生大量氣體,由于受負壓的牽拉無法形成砂粒間隙的氣體高壓和液體金屬與涂層間的氣膜,液態(tài)金屬直接與涂層緊密接觸,稱之為液固浸潤。所以消失模鑄造可以克隆出泡沫模型表面的細微結(jié)構(gòu)。珠粒間融合的不甚好的龜背紋結(jié)構(gòu)和氣塞的痕跡都可以清晰鑄造出來,形成與傳統(tǒng)鑄造截然不同的消失模鑄造鑄件的表面特征。因此,有人戲稱消失模鑄造和人不一樣,在人類有時丑媽媽可以生出漂亮的孩子,消失模鑄造要想提高鑄件的表面質(zhì)量,必須提高模具的精度,首先做出理想的泡沫模型,劣質(zhì)模具,做不出漂亮的鑄件。
消失模鑄造不能形成砂間隙的氣體高壓和氣膜,如果沒有涂層屏蔽,在負壓的牽拉下液態(tài)金屬必然會滲入砂子間隙,包裹型砂,產(chǎn)生嚴重的鐵包砂,無法形成與泡沫相一致的精細鑄件。同時,如果沒有涂層的屏蔽,也無法形成型腔和砂子間隙之間的壓力差,干砂就會垮箱。所以,消失模鑄造的涂料主要功能是:屏蔽型砂形成型腔。
我們都知道,泡沫模型(特別是薄壁殼體類模型)自身強度不高,容易受到損傷和發(fā)生變形。刷過涂料并烘干以后,泡沫模型如同穿上一層裝甲,強度提高很多,通常能夠有效的克服自身強度不夠而發(fā)生變形的缺點。所以,消失模鑄造涂料的輔助功能是:提高泡沫模型的強度,保護模型,防止受到損壞和發(fā)生變形,提高消失模鑄造的可操作性能。
為了獲得良好的涂層,消失模鑄造的涂料在涂掛制作過程中必須具備如下的性能(工作性能):
(1) 涂料的懸浮性能;
(2) 涂料的觸變性能;
(3) 涂料的流動性能;
(4) 涂料的粘著性能;
(5) 涂料的強度(低溫強度或干強度)。
澆注過程中,消失模鑄造涂層要接受高溫金屬液的強力沖刷,泡沫模型材料猛烈氣化和燃燒,產(chǎn)生大量的可燃氣體和游離碳及碳束。高溫下的涂層既要保持良好的強度,又要凈化型腔使泡沫型的氣化產(chǎn)物排出,又不能使液態(tài)金屬透過涂層,從而獲得無內(nèi)在缺陷的高品質(zhì)鑄件,在如此惡劣的工藝條件下,要求涂層又必須具備如下性能(工藝性能):
1) 良好的高溫強度;
2) 恰當?shù)耐ㄍ感阅?
3) 較小的熱膨脹系數(shù);
4) 隔冷保溫性能;
5) 合金化性能。
澆注結(jié)束,鑄件清整過程中,涂層還必須具備:
1) 自剝脫(潰散)性能;
2) 易拋丸清理特性。
消失模鑄造涂料的特有性能的優(yōu)劣,源自正確的配方,優(yōu)質(zhì)材料和合理制作。三個環(huán)節(jié)缺一不可!
3.1 消失模鑄造涂料的配方
消失模鑄造水基涂料價格低廉,安全可靠,性能穩(wěn)定,運輸方便,清潔少污染,易于制作和涂掛操作,應(yīng)用廣泛,是消失模鑄造的首要選擇。本文討論的是消失模鑄造水基涂料。
消失模鑄造水基涂料由耐火骨料和輔助材料兩個部分組成。其中骨料占90-92%,附料占8-10%。附料中除商品涂料需加消泡劑和防腐劑,主要成分只有三種:
(1) 粘結(jié)劑;
(2) 懸浮劑;
(3) 潤濕劑。
粘結(jié)、懸浮、潤濕三劑的分類或者劃分,其實是學(xué)者們的主觀行為。客觀上已入圍消失模鑄造涂料附材的物質(zhì)中,個體的作用都不是單一的。比如:膨潤土和羧酸基纖維素(CMC),通常是做粘結(jié)劑使用,但在消失模鑄造水基涂料中,因為它們不能克服聚苯乙烯泡沫模型光滑表面的憎水性,用它們做粘結(jié)劑,涂料無法涂掛在泡沫模型的表面上。但是,膨潤土的細小顆粒在水中膨脹,形成水化膜,粘浮在CMC的大分子鏈上,搭接成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),阻止耐火骨料顆粒堆積下沉,從而提高了浮料的懸浮性能,所以,把這兩種有粘結(jié)功能的物質(zhì)作為懸浮劑使用。
作為粘結(jié)劑的物質(zhì),首先必須具有對泡沫模型光滑表面的親和力,同時要有良好的低溫強度和高溫強度。不管國內(nèi)涂料還是國外涂料,首要選擇的粘結(jié)劑是:聚乙酸乙烯乳液(俗稱白乳膠)。白乳膠能顯著提高涂料粘度的同時,會降低涂料的懸浮性。但是,白乳膠對泡沫模型表面有輕微的腐蝕作用,提高了涂料的潤濕性,從而提高了涂料的附著性能,也就是提高了涂料的涂掛性能。這是其它任何粘結(jié)劑不能與之相比的。依據(jù)這一特點,乳白膠的加入量要根據(jù)泡沫模型表面的粗糙程度來確定。光如境面的泡沫模型,涂料中白乳膠的加入量可以高達5-6%,電阻絲切割拼接的泡沫型,涂料中白乳膠的加入量可以少至1%以下。
消失模涂料粘結(jié)劑的選擇不僅要考慮低溫強度,也要重視涂料高溫強度。白乳膠有很好的低溫強度,但在300℃-400℃時就會發(fā)生焦化,失去粘結(jié)劑作用,因此,選用白乳膠作粘結(jié)劑的同時,要輔助加入高溫粘結(jié)劑。
諸多的高溫粘結(jié)劑中,磷酸鹽類物質(zhì),特別三聚磷酸鈉不僅有很好的高溫性能,還是一種潤濕劑,能降低涂料的表面張力,提高涂掛性能和流動性能。三聚磷酸鈉的高溫強度表現(xiàn)在能促進耐火骨料低溫?zé)Y(jié)陶瓷化,形成極具抗高溫金屬液沖刷的陶瓷殼。
三聚磷酸鈉可以使耐火骨料聚集沉淀,破壞涂料的懸浮性能,在配比上宜少不宜多。
涂料中的各種輔料是有交互作用的,有的是正交互作用,適當?shù)呐浔瓤梢云鸬絽f(xié)同增強的效果,有的是負交互作用,配比失衡會起到拮抗抵消的作用。所以,涂料配方的效果,不是各種輔助材料獨立效果、效應(yīng)之和。合理的配方總效應(yīng)大于獨立效應(yīng)之和,不合理的配方的總效應(yīng)小于獨立效應(yīng)之和。
4. 中溫區(qū)的通透性有實用價值
幾乎所有關(guān)于消失模鑄造涂料的文章,都把消失模鑄造涂料的“涂層通透性能”狹隘的說成“透氣性”。
生產(chǎn)實踐中我們可以觀察到,澆注后的涂料改變了顏色,成了花花臉或黑臉包公,這是因為泡沫模型在型腔內(nèi)猛烈燃燒產(chǎn)生的游離碳透過了涂層,排出了型腔,附著在涂層表面所致。
我們還可以看到,當涂層通透的孔隙的截面積大的時候(許多文章描述的是透氣性強),或真空的絕對值抽得過高,或液態(tài)金屬溫度高,表面張力小的時候,液態(tài)金屬會透過涂層滲入到砂粒間隙里,形成消失模鑄造特有的粘砂現(xiàn)象:鐵包砂。
消失模鑄造特有的鐵包砂的特點是:涂層依然完整存在,液態(tài)金屬是透過涂層孔隙滲入砂粒間隙的,不是從涂層的裂縫鉆出而進入砂粒間隙。后者可以鏟除掉,鏟除粘砂后可以在鑄件表面看到清晰的裂縫痕跡。前者則無法清除掉。筆者曾有過經(jīng)歷,在第一次澆注大型冷沖模底板時,為防止塌箱,把真空度抽到了0.08Mpa,鐵水溫度也很高,結(jié)果整個鑄件澆成了刺猬狀,發(fā)生了嚴重的鐵包砂。
上面的現(xiàn)象告訴我們,消失模鑄造的涂料不僅能使氣體通過,也能使固態(tài)的游離碳和液態(tài)金屬通過,我們稱之為通透性能比稱之為透氣性能更貼切,更準確!
消失模鑄造在澆注過程中,涂層內(nèi)自下而上是三種物態(tài),最下部分是液態(tài)的金屬,最上的部分是未液化和氣化燃燒的泡沫,中間部位是混雜著游離碳和可燃氣體的空間,稱做氣隙間隙。如果用溫度來描述三種物態(tài)區(qū)域,自下而上分別是高溫區(qū),中溫區(qū)和低溫區(qū)。(見圖)有了這種區(qū)分的方法,我們可以得出下述的結(jié)論:
(1)涂層的通透性在低溫區(qū)沒有意義;
(2)中溫區(qū)的通透性決定了涂層是否能排出泡沫消失過程中產(chǎn)生的氣體和游離碳;
(3)高溫區(qū)的通透性只有害處,沒有益處,如果涂層的通透性在高溫區(qū)不能封閉,就會使液態(tài)金屬溢出,導(dǎo)致或發(fā)生“鐵包砂”。因此我們說中溫區(qū)的通透性才有實際意義,才是應(yīng)該研究的課題。
中溫區(qū)的通透性是如何產(chǎn)生的呢?
對涂料的配方的描述中,我們講到了消失模鑄造的涂料中要加入一定量的有機粘結(jié)劑。涂料在烘干過程中水分得以揮發(fā),水分子在揮發(fā)過程中留下了細微的、納米級的孔隙,形成了涂料的低溫(常溫)的通透性,涂料呈半透膜狀態(tài),如同包糖塊的蠟紙,只可以使氣體分子通過,不能使大于水分子的物質(zhì)通過。
在澆注過程中,液態(tài)金屬首先通過輻射和氣體對流向泡沫材料傳遞熱量,泡沫遇熱收縮成膠樣物質(zhì),被真空牽拉吸附在涂料壁上(附壁效應(yīng)),繼而在高溫作用下氣化,形成了氣體間隙。當氣體間隙的溫度達到300-400℃以上的時候,有機粘結(jié)劑變性焦化,在混制涂劑過程中有機粘結(jié)劑形成的交叉網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),形成了網(wǎng)狀的通道,涂層就產(chǎn)生通透性能。
涂料的通透性能具備兩項工藝參數(shù):
1) 通道孔徑截面積的大小;
2) 孔徑分布的密度。
兩項指標的綜合,決定了涂層的通透性能。所以,對涂料通透性能的調(diào)節(jié),包括對孔徑截面積和密度兩項指標的調(diào)節(jié)。
對通透孔徑的調(diào)節(jié),是對有機粘結(jié)劑的選擇來實現(xiàn)。有機粘結(jié)劑水解和攪拌后形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的粗細(相對而言)決定了通透性孔徑的大小。
對通透孔密度的調(diào)節(jié),由有機粘結(jié)劑加入的量來調(diào)節(jié)。加入量的比例高,單位面積形成的通透孔道數(shù)量就多,反之就少。
在具體應(yīng)用上,鑄鐵的流動性好,表面張力低,穿透性強,所以要求涂層通透孔隙截面積小一些,防止發(fā)生鐵包砂,相對應(yīng),鑄鋼的流動性差,表面張力大,穿透性低,通孔的截面積可以大些。當然這種調(diào)整還要配合澆注溫度和真空度的高低。
鑄件的表面積和重量的比值,我們稱之為模數(shù)。薄壁件的表面積和重量的比值,比厚大件的比值大。涂層單位面積的通過量,薄壁件要比厚壁件少,所以,在涂料的配制中,薄壁件的有機粘結(jié)劑的加入量,在保證涂掛性能的前提下,可以減少加入量。在涂料的配方中,有些粘結(jié)劑的加入就是為了調(diào)整涂層的通透性能。比如我公司涂料的配方中的BY粘結(jié)劑,就是此作用,有些專業(yè)的配方中加入的黃麻纖維也是調(diào)整涂料通透性的。
5. 澆注系統(tǒng)和鑄件本體對涂料性能要求不同
消失模鑄造的模型簇由鑄件本體模型和澆注系統(tǒng)的泡沫模型組成。澆注過程中液態(tài)的金屬液首先進入澆口杯和直澆道,再由橫澆道分配至內(nèi)澆道,通過內(nèi)澆口進入鑄件本體。
液態(tài)金屬在澆注系統(tǒng)內(nèi)的行進方向是自上而下的。由于金屬液的溫度高、密度高、落差大,澆注系統(tǒng)的涂料層,特別是澆口杯和直澆道的涂料層要承受高溫、高壓的金屬液的猛烈沖刷。所以,澆注系統(tǒng)的涂料層要求具有良好的熱強度,不能被液態(tài)金屬流沖穿。
整個模型簇需用的金屬液都要通過澆注系統(tǒng),特別是澆杯和直澆道承受的沖刷時間最長。因此,要求涂料層的熱膨脹系數(shù)要小,避免發(fā)生因涂層膨脹產(chǎn)生裂紋和皺褶,被飛流直下的金屬液沖破沖垮。
澆注系統(tǒng)的涂層不需要通透性能,此段涂層除了液態(tài)金屬,幾乎無物可排。
液態(tài)金屬進入鑄件的本體型腔以后,主流方向是自下而上,對涂層的沖刷強度減小許多,為了確保鑄件的內(nèi)在質(zhì)量,所有泡沫模型的氣化產(chǎn)物都必須干凈徹底的排出型腔,因此,消失模鑄件本體的涂料層對抗沖刷能力的熱強度要求不高,而對涂料的通透性能要求則極高。
另外,涂料層最終是要被清理掉的,所以涂料層的易剝脫性能,在鑄件本體區(qū)域也顯得很重要。
以上闡述只想說明一個問題,消失模鑄件澆注系統(tǒng)和本體對涂料工藝性能的要求是不同的。為獲得高品質(zhì)的消失模鑄件,消失模鑄造的澆注系統(tǒng)和鑄件本體最好使用兩種不同配方的涂料。
6. 涂料的骨料不是耐火度越高越好
在判斷涂料優(yōu)劣的時候,我們常常不由自主的把涂料殼(澆注過的)掰碎或捏碎。有些涂料殼即使不是很厚,強度也很高,掰的時候要用力,斷裂的時候有清脆的響聲,感覺很爽。有些涂料殼拿在手里就感覺硬度不夠,好像很暄,斷裂時沒有清脆的感覺,但是還能結(jié)殼。有些涂料殼基本沒有燒結(jié),捏碎時結(jié)塊和粉狀物散架。有些涂料根本沒有結(jié)殼,依然呈粉狀物粘附在鑄件上,刮劃時有散狀粉末落下?! ?/p>
使用不能燒結(jié)骨料的涂料時候,鑄件加工過的表面常常有云霧狀,絮狀微小夾雜物,在受鐵水流沖擊,容易形成漩渦的位置,還可以看到明顯的鐵水流漩渦痕跡。說明涂料沒有熱強度,沒有燒結(jié)的耐火骨料微粒被沖入了金屬液體?! ?/p>
涂料只有燒結(jié)成陶瓷殼才有熱強度,燒結(jié)溫度高的耐火骨料,在較低溫度下不能熔融燒結(jié),沒有熱強度,涂層容易被沖垮,直澆道會變粗,鑄件里會進砂。所以,我們說涂料骨料的耐火強度不是越高越好!能低溫陶瓷化的涂料骨料才是比較好的骨料?! ?/p>
低溫陶瓷化的低溫,是相對于鐵水的溫度而定,通常是400℃-860℃之間?! ?/p>
耐火骨料的陶瓷化需要兩個條件:
1) 適當?shù)墓橇系臒Y(jié)溫度;
2) 高溫粘結(jié)的參與?! ?/p>
不同耐火度骨料的合理匹配,可以調(diào)整骨料的燒結(jié)溫度,因此,消失模鑄造涂料的骨料,應(yīng)該是復(fù)合型,較高燒結(jié)溫度的骨料作為抗粘砂的核心成分。較低燒結(jié)溫度的骨料和高溫粘結(jié)劑熔融燒結(jié),粘附燒結(jié)溫度較高的骨料顆粒形成耐火高溫的涂層殼,才能有較高的熱強度,抵抗液態(tài)金屬的沖刷?! ?/p>
7. 涂料剝脫性能
有些涂料澆注后牢牢的粘在鑄件表面,拋丸清理很困難,有些涂料開箱后自己就剝離,脫落,經(jīng)拋丸處理脫得干干凈凈。消失模鑄造涂料層的剝脫必須具備如下條件:
1) 涂層與液態(tài)金屬的酸堿屬性相同:
涂料骨料的化學(xué)性能有酸性,堿性,中性之分,如,石英粉,鋯英粉屬酸性骨料,鎂砂粉,鎂橄欖石粉屬堿性骨料,以AL2O3為主體的棕剛玉粉,剛玉粉,高鋁礬土等骨料是中性。
金屬液體也有酸堿屬性之分,如,高錳鋼和不銹鋼類是堿性金屬,灰鑄鐵和碳鋼則是酸性金屬?! ?/p>
如果涂料的骨料和液態(tài)金屬的酸堿屬性搞錯,則會發(fā)生化學(xué)粘砂,涂層無法剝脫?! ?/p>
2) 涂層必須燒結(jié)成殼 耐火骨料有燒結(jié)型和非燒結(jié)型之分。不燒結(jié)的骨料,如單純使用石墨粉做骨料,涂層無法燒結(jié),成粉狀粘浮在鑄件表面無法剝脫。骨料只有燒結(jié)成殼,才具備了剝脫的基本條件?! ?/p>
骨料的燒結(jié)溫度,不同于熔點,不同的骨料燒結(jié)溫度差異很大。如:棕玉粉骨料的燒結(jié)溫度>1850℃,石英粉的燒結(jié)溫度>1500℃,鉻礦粉的熔點,雖然高達2100℃,燒結(jié)溫度卻只有1450℃。云母粉的燒結(jié)溫度更低,是250℃。所以,涂層燒結(jié)成殼(即陶瓷化)的關(guān)鍵是降低骨料的燒結(jié)溫度,常用的方法是加入高溫粘結(jié)劑和骨料配伍使用。加入一定比例的三氧化二鐵也能降低骨料的燒結(jié)溫度。
3) 涂層和金屬之間必須有潤滑劑 消失模鑄造液態(tài)金屬的充型模式是液固浸潤,在液態(tài)金屬和涂層之間不存在氣膜。所以,涂層和金屬結(jié)合非常緊密,難以剝脫屬于正常。在碳鋼體,通常在800℃時就開箱出件,紅彤彤的鑄件暴露在空氣中,隨著鑄件降溫變暗,涂料殼劈劈啪啪自動剝落,這是因為高溫鑄件表面在接觸空氣中氧的時候,形成三氧化二鐵薄膜,這層薄膜起到了分離鑄件和涂層的潤滑劑作用,所以涂層才能脫殼。依據(jù) 這個原理,許多學(xué)者在涂料的配方中加入>3%的三氧化二鐵,希望在高溫金屬的作用下,三氧化二鐵分解成氧和鐵,氧再使鑄件表面的鐵氧化生成新的三氧化二鐵,幫助涂層剝落?! ?/p>
當然也有學(xué)者加入三氧化二鐵的目的,是產(chǎn)生游離氧,借以消耗型腔內(nèi),泡沫膜燃燒產(chǎn)生的游離碳,從而克服碳缺陷。因為有真空不停的抽吸牽拉,涂層中的三氧化二鐵分解生成的氧無法停留,難以全部和鑄件的鐵氧化??陀^上起到的作用是降低了骨料的燒結(jié)點,這也有利于脫殼?! ?/p>
也有一種既經(jīng)濟,效果又好的措施,就是第一遍涂料涂掛熔點和燒結(jié)點都比較高的骨料涂料,第二遍涂料涂掛熔點和燒結(jié)點都比較低的骨料涂料,以第一遍涂料做脫殼潤滑劑?! ?/p>
片面的追求涂料的脫殼性能已經(jīng)成為歷史,現(xiàn)在,對涂料的剝脫性的要求與過去大不相同。因為易于剝脫的涂料,涂料剝落在型砂中會產(chǎn)生大量的粉塵,砂處理系統(tǒng)難以徹底清除,時間一長,會影響型砂的透氣性,從而影響鑄件質(zhì)量和工作環(huán)境。 現(xiàn)在脫殼性能的要求,不是涂層會自動剝脫,而是要隨鑄件帶走,但要易于拋丸清理?! ?/p>
4) 涂料殼和鑄件要有較大的膨脹系數(shù)差 物體受熱受冷會有體積變化,體積的變化導(dǎo)致線長度的變化。鑄件和涂層在降溫冷卻的過程中,線收縮率不相一致,金屬的收縮率大于非金屬涂料殼的收縮率,這個差越大,涂層產(chǎn)生的張力就越大,涂層自動剝離的效果就好,鑄鋼,特別是高猛鋼和高鉻鋼鑄件垂直擺放澆注時的收縮率可以大于3%,涂料殼的張力非常大,剝脫時可以彈出一米多遠,常常傷及沒有經(jīng)驗的參觀者,就是這個道理。如果收縮率的差距小,鑄件的尺寸又小,涂料殼常常不易剝脫?! ?/p>
8. 涂料的制作方法,影響使用性能
消失模鑄造工藝進入我國的早期階段,采用試驗室的碾砂機碾制涂料,常常因為出料口密封不嚴而跑湯。碾制一次涂料需要十余個小時,后來筆者借鑒水泥廠球磨機的原理,設(shè)計了小型球磨機,用于專門制作消失模涂料,不僅縮短了涂料的制作時間,也大大提高了涂料的工作性能和工藝性能。一些工廠現(xiàn)在依然在使用這種小球磨機研磨涂料,這個發(fā)明雖然很小,但確實是消失模鑄造涂料制作史上的一個轉(zhuǎn)折點?! ?/p>
我們都知道,消失模鑄造涂料成分如果簡單分類是由輔料和骨料組成?! ?/p>
附料由不同形狀的纖維組成,要像做蛋糕抽打雞蛋一樣,才能把那卷曲的螺旋的等形狀的纖維打開,形成復(fù)雜立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),才能發(fā)揮完好的懸浮性能,觸變性能和流平性能,涂掛性能。所以,涂料制作過程中時間要足夠長,即使是高速攪拌,通常兩個小時以下也不能達到理想要求,最好四小時以上?! ?/p>
球磨機研磨涂料時,可以使骨料破碎,骨料的新斷面,增強了輔料的附著性能,因此也使涂料的懸浮性能更好,筆者親自動手配制的涂料,久置至水分完全揮發(fā)變成涂料餅,也不會出現(xiàn)液固分離,發(fā)生固體物沉淀,所以筆者認為,制作涂料最好還是采用研磨和高速攪拌結(jié)合,先研磨再攪拌,如果單純高速攪拌,不會對骨料有破壞功能,所以懸浮性能稍差?! ?/p>
應(yīng)該強調(diào)的是,涂料涂掛一定要在低速攪拌下進行,激發(fā)觸變特性,涂掛的涂料的流平性也會得到改善,涂層會像錦緞一樣,使人看了很舒服。(待續(xù))