铸造人一定要懂,铸造涂料如何制备?怎么生产应用
中小实型铸造企业采用外购涂料的方法解决涂料来源问题。这些企业涂料用量小,一次购进一定量的涂料后短期用不完,经常发生涂料变质、沉底等质量问题,造成涂料报废。有些交通不便的企业所购进的涂料一旦质量出现问题,无法退货,涂料将批量报废,造成较大的经济损失。因此,这些企业迫切需要自制涂料,并掌握一定的涂料性能调节知识,使自身能够对一些涂料质量问题,通过现场采取措施,挽救问题涂料。企业自制涂料需了解涂料的配方、混制方法、检测方法及涂料性能的变化规律。这些企业条件都比较简陋,需要配制人员能够利用自身的条件特点选择设备和材料。涂料的配方和混制设备有很多选择,掌握了涂料的配制规律和铸造工艺要求,制备出满足使用要求的涂料。配制涂料满足了生产的需要,为企业降低了成本,提高了产品质量;本文将相关经验总结如下,仅供有关中小企业参考。
1、涂料所用原材料简介
确定涂料的配方,需确定涂料的耐火材料组成、悬浮剂、消泡剂、载体溶剂的种类,掌握相关材料的理化性能和微观结构等资料。
1. 1 耐火材料
耐火材料应主要根据铸造合金种类选定。铸铁用涂料的耐火材料常选用鳞片石墨和普通石墨、石英粉、铝矾土、滑石粉、蓝晶石粉等,对几种国外铸铁涂料的耐火材料进行了X射线荧光光谱分析和衍射分析,发现他们的耐火材料常有硅灰石、莫来石、云母、刚玉、锂辉石等,骨料中各种粒型也是搭配使用,具说可提高涂料的透气性和强度,粒型有片状、纤维状及粒状。铸钢件用涂料常选镁砂粉、锆英粉、高铝粉、棕刚玉粉等耐火粉料。对于高锰钢常用电熔镁砂粉和镁橄榄石粉,这些材料可抗高锰钢的碱**蚀。粒度一般在320目—200目,也要搭配使用。此种涂料必须注意镁橄榄石粉中SiO2(石英)含量≥40%时,往往影响涂料的作用,因为SiO2和MnO会产生化学反应而粘砂。
硅灰石【CaO*SiO2】:是一种偏硅酸盐,属三斜晶系,分低温型高温型两种,低温型在1125℃转变成高温型。硅灰石具有针状、纤维状晶体形态(长/径比≥22:1)和良好的耐热性低(耐热度≥1500℃)和烧结性,在涂料中可增加涂料强度、悬浮性和高温透气性。一般应选用SiO2%≥50,沉降度<70的高温型材料。它在吉林、辽宁地区蕴藏量非常大,可在铸铁涂料中广泛使用。
莫来石【3AI2O*2SiO2】:斜方晶系,熔点1810℃,多角粒型。化学性质稳定。线膨胀系数小(20~1000℃,5.3×10-6/℃),抗激冷激热性好,商品粉料可选用经过高温烧结的煤矸石粉,可保证涂料的高温稳定性。该材料国内供应丰富,价格较低,在铸铁和普通铸钢中可使用。
云母【KAI2(AISi3O20)(OH*F)2】:一种具有层片状的硅酸盐,密度2.6~2.86,导热系数低(平均0.67W/m.K),保温性能较好。其鳞片具有弹性,晶格稳定,热化学稳定性较好。该材料熔点较低(1270~1330℃),用于铸铁涂料时易于粘砂。由于具有片状形态,可赋予涂料防降性、流平行,使涂料具有良好的韧性和抗开裂性,可用于铸铝件涂料中。
蓝晶石【AL2[SiO4]O】:根据含蓝晶石的形态特点,将蓝晶石矿分成3类变态:⑴针状和纤维状集合体(纤维针状矿石);⑵富含空晶石的假象蓝晶石集合体;⑶蓝晶石结核矿(结核型矿石)。
蓝晶石矿物在高温下(1100~1650℃)煅烧转变为莫来石和熔融状游离二氧化硅(方石英),同时产生不同程度的体积膨胀。其转变反应式为:
3(AI2SiO5) 3AI2O3*2SiO2+SiO2(1300℃以上)
铸造涂料应采用煅烧过的纤维针状产品,它的耐火度比硅灰石和石英粉高,和锆英粉相似,由于它的纤维针状形态,可提高涂料的强度和透气性及耐火度。目前该产品在吉林磐石等地也有出产,可用于铸铁、普通铸钢等涂料中。其它材料的性能本文不在详述,在选用时应仔细查找相关资料。
1.2载液
水或乙醇(甲醇)可作为载液。水基涂料成本比醇基涂料低,且悬浮性好控制,但需要一套烘干和和排除水蒸汽的设备。醇基涂料烘干容易,很多小型企业经常使用,但它有以下问题:浇注时发气量大,成本高,涂料气味很大,影响工人健康,安全性也差。一般建议多采用水基涂料工艺,尤其是一些形状较简单的铸件,如锰钢锷板等。甲醇的应用可改善烘干质量,可和乙醇配合使用。
1.3粘结剂
根据载液的不同,粘结剂分为水基用和醇基用两种。对粘结剂的一般要求是:在水中或乙醇中易溶易分散;具有较高的干强度,尤其是高温强度。糖浆、纸浆、酚醛树脂、聚乙烯醇(PVA)、聚乙酸乙烯乳液(白乳胶)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、羧甲基纤维素(CMC),以及高温性能好的粘土、磷酸二氢铝、硫酸盐、松香、水玻璃和硅溶胶都可作为涂料的粘结剂。酚醛树脂、既具有较高的常温强度,又具有较高的高温强度,我们在涂料中广泛应用。水基涂料可直接采用碱性液态酚醛树脂,醇基涂料采用热固性酚醛树脂,先在酒精中泡开,溶化后再加入涂料中,它和PVB配合使用效果更佳。聚乙烯醇(PVA)和磷酸二氢铝配合使用,效果也较好,成本也低。某些商品涂料具有硬化可逆性,即掉到地上已硬化的涂料仍可重复混制、使用。某些水溶性树脂,如PAM就具备这种性能。
1. 4悬浮剂
常用的悬浮剂有锂基、钠基或有机膨润土、凸凹棒土、CMC等。锂基膨润土不但悬浮性好,所制涂料的涂刷性能也较好,在醇基涂料澡中经常采用,但采用锂基土的涂料易于发生“沉死底”的现象,涂料最好现配现用。要水基涂料中可采用钠土和CMC配合使用,效果也较好。有机土效果最好,价格过高,一般在要求较高的醇基涂料中少量加入。选用膨润土类悬浮剂时,在保证悬浮性的前提下,加入量越少越好,加入量过大涂层易开裂。
1.5其它添加剂
实型(或消失模)涂料还需加入以下几种助剂:⑴表面活性剂 用来改善涂料对塑料模样表面的润湿性,常用的是非离子型的表面活性剂JCF(脂肪醇聚乙烯醚)、OP-10(烷基酚与环氧乙烷的缩合物)、NNO(萘磺酸钠甲醛缩合物),它兼有分散和减水作用。表面活性剂易于产生气泡,在涂料中尽量少加或不加。⑵消泡剂 涂料在高速搅拌过程中也可能卷入空气产生气泡,因此要加入少量的消泡剂。常用的有正辛醇、正丁醇、SPA-202脂肪族矿物油、SAF(聚甲基硅氧烷乳液)。⑶防腐剂 常用的防腐剂有五氯酚萘、五氯苯酚、苯甲酸钠、甲醛等。⑷碳吸附剂 冰晶石(Na3AIF6)在高温下形成活性NaF、AIF3等,对模样分解出的碳产生吸附作用,使之不沉淀在铸件表面,从而防止铸件表面积碳的产生。此外,涂料中还掺入氧化铁粉(Fe2O3),提高涂料的自剥离能力和抗氮气孔能力。件表面光洁,并在一定程度上提高尺寸精度。
2涂料的作用和性能要求
涂料可以填充型和芯的表面孔隙在高温下抑制砂型与金属液的热相互作用 (机械渗透和化学侵蚀),从而防止机械粘砂,使铸件表面光洁,并在一定程度上提高尺寸精度。涂料还能够提高型和芯的表面强度,防止因液体金属的冲刷作用而发生砂眼、毛刺等缺陷。涂料层的隔离作用,还能够防止因型和芯受热产生大量气体侵入铸件而形成气孔缺陷。热膨胀低的涂料还可减少铸件夹砂缺陷。此外,通过在涂料中添加绝热保温材此外,通过在涂料中添加绝热保温材布,调节热流的传递和运动,控制合金的凝固和结晶过程,从而消除缩松缺陷。在涂料中添加某些特殊附加物,还能做到局部孕育或表面合金化,达到改善组织的目的。涂料的这些作用,近来也受到人们的重视。对于涂料的性能,有许多要求:
2.1悬浮稳定性,涂料应当在一定时间内不沉淀、不分层、不结块并保持密度的 均匀性。悬浮性主要决定于所添加的悬浮剂 的质量和加入量,以及耐火填料的颗粒大小和比重等。
2.2渗透性,它表示涂料在涂覆后能够渗入型或芯表层一定深度的能力。渗透性并不是越大越好。渗透性过大,会造成不必要的浪费,或难以保持一定的厚度。渗透性过小,涂料在型或芯上的附着力小,烘干和浇注时易起皮破损。渗透深度取决于耐火材料的粒度、涂料的比重和粘度、涂料悬浊体系的表面特性和内部结构特点,以及涂料与型或芯的润湿性等。
2.3触变性,(摇溶性) 物理化学中把触变性现象视为一种溶胶软胶可逆等温转变过程。触变性包括剪切变稀粘度依时性的两个方面:一是在剪切力作用下能变稀,剪切力去除后又会恢复原先的状态,二是上述变稀或变稠都有一个时间进程。通俗地说,就是“一搅就稀,静止还稠”。好的涂料应当具有一定的触变性,使用时 “稠而不粘,滑而不淌”,便于涂刷、浸涂、喷涂,而涂料既不堆积,也不流失。触变性是现代铸造用的涂料的主要工艺性能之一。它在一定程度上是反映涂料许多工艺性能 (如悬浮性、涂刷性等)好坏的综合指标。触变性取决于涂料悬浊体系的内部结构特点,可以通过在一定剪切速率下涂料的表观粘度和时间的关系来判断。
2.4涂覆性, 它表示涂料以一定厚度均匀覆盖在型或芯表面的难易程度。涂覆时应当不堆积、不流失,也不损坏型或芯的表面。目前还没有直接测定涂覆性的办法,一般可以用涂料的粘度、比重、触变性、涂层厚度或涂挂重量等指标综合衡量。
2.5表面强度, 涂料必须有足够的表面强度,以防止涂层在搬运和合箱过程中损坏。
2.6高温抗裂性, 涂层在烘干和浇注过程中应当不开裂,以防止铸件产生毛刺或脉纹。
2.7抗粘砂性, 防止粘砂的能力是涂料的主要性能之一。它主要取决于涂料的组成,尤其是耐火材料的性质以及浇注时的气氛。涂层的厚度、强度、抗裂性对抗粘砂性也有影响。
存期长、无公害、低成本、适应性广等。除上述性能外,还要求涂料发气少、存期长、无公害、低成本、适应性广等。涂料要全面满足以上要求,实际上是困难的。对于不同的砂型种类、不同的铸件(甚至同一铸件的不同部位),应当根据低成本高质量的原则选择使用适当的涂料。
3、制备和涂挂
3.1 水基实型涂料配方
首先应根据铸造合金的种类和铸件大小等要求确定制备涂料的性能,如耐火能力,涂层强度,涂料保存时间等,然后选择耐火粉料、载液、粘结剂、悬浮剂和助剂,经试验调整调整并确定配方。表1,表2和 表3列出了配制的几种配方。
3.1表1 铸铁水基实型涂料配方
涂 料
组 分
碱性酚
醛树脂
CMC
钠土
水
氧 化
铁 粉
锆 粉
锂辉石
莫来石
WT/%
60
3
30
600
5
100
400
500
3.1表2 高锰钢实型醇基涂料配方
涂 料
组 分
酚醛
树脂
PVB
锂土
酒精
氧 化
铁 粉
锆 粉
电熔
镁粉
正辛醇
WT/%
30
6
30
500
5
170
830
5
3.1表3 铸铁醇基实型涂料配方
涂料
组分
酚醛
树脂
PVB
锂土
酒精
氧化
铁粉
锆粉
石墨
鳞片
石墨
WT/%
25
8
25
550
5
150
800
50
3.2涂料的制备
制备时一般先在分散机中分散,再经过研磨设备研磨。对于年用量100t以下的企业,2~3千瓦的分散机即可。其叶轮有叶片和圆盘两种。叶片式搅拌力较大,能使物料上下翻动,但转速稍高就会引起物料飞溅,圆盘式叶片上下交错分布,对物料有很强的剪切作用,可平稳地高速转动,分散效果较好,生产率也较高,设备可自制。叶轮的线速度可选用大于200cm/min的为宜。对于产量要求不高的企业,也可选用小型球磨机,圆桶直径在0.5-0.8mm左右,转速100转/min左右。涂料在球磨机中研磨,除分散效果良好外,还可使骨料破碎,起到对涂料的活化作用,提高涂层的质量。球磨机比胶体磨效果好,经球磨机研磨好的涂料不但涂层强度高,而且流平性和涂刷性等工艺性能都较好,球磨时间4h以上。
水基涂料的搅拌程序一般是将膨润土、CMC和水置于分散机中搅拌成浆状再加入耐火材料连续搅拌,然后依次加入粘结剂、表面活性剂等助剂。膨润土和CMC预先泡好,效果会更好。醇基涂料如使用锂基膨润土作悬浮剂,应预先用水预发24h以上,酚醛树脂和PVB等也要先用酒精泡开,再将其加入分散机中混合。我们也采取过将泡好的酚醛树脂和锂基膨润土混合碾压成预混体长期保存,使用时按比例加入到其它混合料中一起混制成涂料。该法对于小型企业非常适用。
3. 3 涂料的涂敷
根据铸件的生产批量来选用涂料的涂挂方法。对于单件、小批量生产的模样,宜采用刷涂。对于较大的铸件可采用流涂。流涂的涂料粘度应小一些,并具有较好的涂挂性能;批量和形状复杂的模样采用浸涂和流涂,薄壁易变形的模样采用喷涂法。几种方法可结合使用。涂料必须均匀覆盖模样表面,无缺涂、过度流淌或夹杂气泡。涂层厚度一般在0.5-2.5mm,可根据铸件形状、薄厚、复杂程度、合金种类、浇口静压头高度等因素确定。
一般需涂1-3次,每次涂层均需干燥,如干燥后的涂层产生裂纹,应及时降低涂料的比重、膨润土加入量,适当增加粘结剂的加入量。涂层干燥,一般在烘炉中通过热空气(低于60℃)循环实现。烘干时间3-10h。也可采用室外晾干、红外线或微波干燥。
4、质量与性能检测
涂料性能的检测是保证涂料质量的必要重要条件,涂料的物理性能,如比重、粘度和悬浮性可以在试验室中用常规仪器检查。比重的检测最好用称重法,因为实型涂料的粘度大,比重计及波美度计不易自由悬浮,影响检测结果。比重的检测非常重要,它直接影响涂层厚度,并可控制溶剂的加入量。涂层厚度可采用称量法和专用卡尺测得。涂层透气性测定有多种方法,在试验室采用固定配方的膨润土湿型砂标准试样,在一端涂上涂料后烘干,在普通透气性仪上测定。在生产现场,可采用测定浇注时间的方法间接估算涂层透气性。
涂层强度采用SVQ型涂料涂层强度测定仪测定。测试前先向底座的涂料槽中逐层涂刷涂料并烘干,经打磨保证涂层厚度为1.2mm。测试时开动空压机向空腔内加压,直至涂层破裂,从压力表上读出最高压力,该压力值即作为涂料的涂层强度值。对表2和表3的涂料性能进行了测定,结果如表4和表5。
表4 铸铁水基实型涂料性能
涂料名称
(24h)
悬浮性
g/cm-3
密度
透气性
涂层强度
MPa
高温急热
抗裂性
发气量
Ml/g
自制 1
98
1.90
17
0.15
1级
21
表5 实型醇基涂料性能
涂料名称
悬浮性
(2h)
密度
g/cm-3
透气性
涂层强度
MPa
高温急热
抗裂性
发气量
Ml/g
自制 2
自制 3
95
98
1.58
1.25
75
80
0.075
1.0080
1级
1级
22.5
20.0
5、生产应用
某厂生产球铁杆头铸件,需要一批高质量的实型涂料,采用进口阿什兰消失模涂料,效果良好,但价格太高。采用国产的商品涂料,质量不是很稳定,如采用仅依靠进口涂料,势必增加很多成本。我们通过分析认为,如大部分采用国内材料,粉状材料成本可降低至4000元以下,经济效益是非常明显的,而且可以根据需要随时进行性能调整。
根据资料配制以270目高铝粉为耐火材料的涂料,粘结剂采用白乳胶。经轮试验后发现,涂料透气性较差,涂料易起泡,铸件废品很多,最初两次几乎没有成品。采用200目莫来石和锂辉石做为骨料,以水溶性酚醛树脂为粘结剂,经试验效果较好,所生产的铸件基本都浇成了,铸件粘砂较严重。随即又在配方中添加了320目锆粉,进行了试验,效果非常明显。铸件浇铸后涂层和铸件非常易于剥离,完全解决了粘砂的问题,而且铸件的成品率较高,达到了同批浇注的采用阿什涂料的水平。配方如表1。
某厂实型法生产球磨机鄂板高锰钢铸件,以前涂料依靠购买商品涂料,经常发生涂层开裂、粘砂等涂料废品。为了自己解决涂料问题,曾经试验过多种配方,都没有成功,尤其是粘结剂和骨料的选择,问题较大。如采用PVA加硫酸盐粘结剂+高铝粉等配方,涂料的常温强度可以,但高温强度低,铸件粘砂严重。经过试验采用表2的配方,采用该厂的球磨机等现用设备,成功的生产出了大批铸件。配制用于铸铁材质的石墨涂料配方见表3。
6、结论
6.1中小实型铸造厂采用各种国产材料自制涂料,可降低材料成本,提高产品质量,也可增强灵活性,提高市场竞争力。正确选用涂料的配方、原辅材料是自配涂料成败的关键。配方的选择除考虑技术因素外,还应考虑材料的成本,可优先采用当地和较近地区的材料。
6.2从国际范围看,商品涂料的品种将日益增多,涂料的工艺性能和涂覆方法在不断改善和革新。由于烘炉烘干费用高,使用水基涂料显得不那么经济,而采用低“泡沫”载体涂料、干态涂料、静电粘结涂料、光辐耐固化涂料等,将成为涂料发展的趋 向。总之,未来的涂料,应用效率将更高,效果将更好。由于严格的环境保护法的限制,可望在几年之内有的国家将不再使用易燃涂料。从国内情况看,涂料的基础理论研究以及新型触变性涂料的研制和应用会取得新的成果,浅色和自色涂料的应用将会逐步扩大。涂料专业定点生产和商品化、优质化,在短期内也将逐步实现。
首先你要知道锆英砂是什么东西
锆[gào]砂亦称锆英砂、锆英石,是一种以锆的硅酸盐(ZrSiO4)为主要组成的矿物。纯净的锆英砂为无色透明晶体,常因产地不同、含杂质的种类与数量不同而染成黄、橙、红、褐等色,结晶构造属四方晶系,呈四方锥柱形,比重4.6~4.71,比重的变化有时与成分和蚀变状态有关锆英石解理不完全,均匀莫氏硬度为7~8级,折射率1.93-2.01,熔点随所含杂质的不同在2190~2420℃内波动。主要化学组成为ZrO2;SiO2,及少量Fe2O3、CaO、AI2O3等杂质。锆英砂的理论组成为ZrO2:67.1%;SiO2:32.9%。它是ZrO2-SiO2系唯一的化合物。但天然锆砂仅含约57~66%ZrO2。
锆英石是一种主要由火成岩形成时从岩浆中结晶出来的锆、硅和氧组成的矿物。锆英石也产于岩脉和变质岩中。它属四方晶系,常呈发育良好的锥状小四方柱体,也成不规则粒状。性脆,断口贝壳状。是优质的耐火材料。多与钛铁矿、金红石、独居石、磷钇矿等共生于海滨砂中,经水选、电选、磁选等选矿工艺分选后而得到。
锆英砂是最重要的含锆矿物,在锆矿物中分布最广、储量最大、类型最多,是一种以锆的硅酸盐为主要组成的矿物。锆英砂是制取锆、铪及多种锆制品的主要原料,具有熔点高、热导率低、线膨胀系数小等特点,广泛用于冶金、铸造等行业。
锆英砂(锆英石)极耐高温,其熔点达2750。并耐酸腐蚀。世界上有80%的直接用于铸造工业、陶瓷、玻璃工业以及制造耐火材料。少量的用于铁合金、医药、油漆、制革、磨料、化工及核工业。极少量的用于冶炼金属锆。
含ZrO265~66%的锆英石砂因其耐熔性(熔点2500℃以上)而直接用作铸造厂铁金属的铸型材料。锆英石砂具有较低的热膨胀性、较高的导热性,而且较其他普通耐熔材料有较强的化学稳定性,因此优质锆英石和其他各种粘合剂一起有良好的粘结性而用于铸造业。锆英石砂也用作玻璃窑的砖块。而锆英石砂和锆英石粉与其他耐熔材料混合还有其他用途。
锆英砂(锆英石)用于耐火材料(称锆质耐火材料,如锆刚玉砖,锆质耐火纤维),铸造行业铸型用砂(精密铸件型砂),精密搪瓷器具,此外也用于玻璃、金属(海绵锆)以及锆化合物(二氧化锆、氯氧化锆、锆酸钠、氟锆酸钾、硫酸锆等)的生产中。可制作玻璃窑的锆英石砖,盛钢桶用锆英石砖、捣打料和浇注料;添加到其它材料中可改善其性能,如合成堇青石中添加锆英砂,可拓宽堇青石的烧结范围,而又不影响其热震稳定性;在高铝砖中添加锆英砂,制造抗剥落高铝砖,热震稳定性大大提高;还可用于提取ZrO2。锆英砂可做铸造用优质原砂,锆英砂粉是铸造用涂料主要成分。玻璃面板用锆英粉是作为添加剂改善其折射率,用量不大。
所以 可以作为玻璃的一种原料 ,生产过程中也需要
未预热的金属型不能进行浇注。这是因为金属型导热性好,液体金属冷却快,流动性剧烈降低,容易使铸件出现冷隔、浇不足夹杂、气孔等缺陷。未预热的金属型在浇注时,铸型,将受到强烈的热击,应力倍增,使其极易破坏。因此,金属型在开始工作前,应该先预热,适宜的预热温度(即工作温度),随合金的种类、铸件结构和大小而定,一般通过试验确定。一般情况下,金属型的预热温度不低于150°C。
金属型的预热方法有:
(1)用喷灯或煤气火焰预热;(2)采用电阻加热器;(3)采用烘箱加热,其优点是温度均匀,但只适用于小件的金属型;(4)先将金属型放在炉上烘烤,然后浇注液体金属将金属型烫热。这种方法,只适用于小型铸型,因它要浪费一些金属液,也会降低铸型寿命。 金属型的浇注温度,一般比砂型铸造时高。可根据合金种类、如化学成分、铸件大小和壁厚,通过试验确定。下表中数据可供参考。
各种合金的浇注温度
合金种类 浇注温度℃ 合金种类 浇注温度℃
铝锡合金 350~450 黄铜 900~950
锌合金 450~480 锡青铜 1100~1150
铝合金 680~740 铝青铜 1150~1300
镁合金715~740 铸铁 1300~1370
由于金属型的激冷和不透气,浇注速度应做到先慢,后快,再慢。在浇注过程中应尽量保证液流平稳。 如果金属型芯在铸件中停留的时间愈长,由于铸件收缩产生的抱紧型芯的力就愈大,因此需要的抽芯力也愈大。金属型芯在镜件中最适宜的停留时间,是当铸件冷却到塑性变形温度范围,并有足够的强度时,这时是抽芯最好的时机。铸件在金属型中停留的时间过长,型壁温度升高,需要更多的冷却时间,也会降低金属型的生产率。
最合适的拔芯与铸件出型时间,一般用试验方法确定。 要保证金属型铸件的质量稳定,生产正常,首先要使金属型在生产过程中温度变化恒定。所以每浇一次,就需要将金属型打开,停放一段时间,待冷至规定温度时再浇。如靠自然冷却,需要时间较长,会降低生产率,因此常用强制冷却的方法。冷却的方式一般有以下几种:
(1)风冷:即在金属型外围吹风冷却,强化对流散热。风冷方式的金属型,虽然结构简单,容易制造,成本低,但冷却效果不十分理想。
(2)间接水冷:在金属型背面或某一局部,镶铸水套,其冷却效果比风冷好,适于浇注铜件或可锻铸铁件。但对浇注薄壁灰铁铸件或球铁铸件,激烈冷却,会增加铸件的缺陷。
(3)直接水冷:在金属型的背面或局部直接制出水套,在水套内通水进行冷却,这主要用于浇注钢件或其它合金铸件,铸型要求强烈冷却的部位。因其成本较高,只适用于大批量生产。
如果铸件壁厚薄悬殊,在采用金属型生产时,也常在金属型的一部分采用加温,另一部分采用冷却的方法来调节型壁的温度分布。 在金属型铸造过程中,常需在金属型的工作表面喷刷涂料。涂料的作用是:调节铸件的冷却速度;保护金属型,防止高温金属液对型壁的冲蚀和热击;利用涂料层蓄气排气。
根据不同合金,涂料可能有多种配方,涂料基本由三类物质组成:1.粉状耐火材料(如氧化锌,滑石粉,锆砂粉、硅藻土粉等);2.粘结剂(常用水玻璃,糖浆或纸浆废液等);3.溶剂(水)。具体配方可参考有关手册。
涂料应符合下列技术要求:要有一定粘度,便于喷涂,在金属型表面上能形成均匀的薄层;涂料干后不发生龟裂或脱落,且易于清除;具有高的耐火度;高温时不会产生大量气体;不与合金发生化学反应(特殊要求者除外)等。 涂料虽然可以降低铸件在金属型中的冷却速度,但采用刷涂料的金属型生产球墨铸铁件(例如曲轴),仍有一定困难,因为铸件的冷速仍然过大,铸件易出现白口。若采用砂型,铸件冷速虽低,但在热节处又易产生缩松或缩孔,在金属型表面复以4-8mm的砂层,就能铸出满意的球墨铸铁件。
复砂层有效地调节了铸件的冷却速度,一方面使铸铁体不出白口,另一方面又使冷速大于砂型铸造。金属型无溃散性,但很薄的复砂却能适当减少铸件的收缩阻力。此外金属型具有良好的刚性,有效地限制球铁石墨化膨胀,实现了无冒口铸造,消除疏松,提高了铸件的致密度。如金属型的复砂层为树脂砂,一般可用射砂工艺复砂,金属型的温度要求在180~200℃之间。复砂金属型可用于生产球铁,灰铁或铸钢件,其技术效果显著。 提高金属型寿命的途径为:
1.选用导热系数大,热膨胀系数小,而且强度较高的材料制造金属型;
2.合理的涂料工艺,严格遵守工艺规范;
3.金属型结构合理,制造毛坯过程中应注意消除残余应力;
4.金属型材料的晶粒要细小。
应用范围:镁合金广泛用于携带式的器械和汽车行业中,达到轻量化的目的。
镁合金的比重虽然比塑料重,但是,单位重量的强度和弹性率比塑料高,所以,在同样的强度零部件的情况下,镁合金的零部件能做得比塑料的薄而且轻。另外,由于镁合金的比强度也比铝合金和铁高,因此,在不减少零部件的强度下,可减轻铝或铁的零部件的重量。
应用范围:手机电话,笔记本电脑上的液晶屏幕的尺寸年年增大,在它们的枝撑框架和背面的壳体上使用了镁合金。
传热性:虽然镁合金的导热系数不及铝合金,但是,比塑料高出数十倍,因此,镁合金用于电器产品上,可有效地将内部的热散发到外面。
应用范围:在内部产生高温的电脑和投影仪等的外壳和散热部件上使用镁合金。电视机的外壳上使用镁合金可做到无散热孔。
电磁波屏蔽性:镁合金的电磁波屏蔽性能比在塑料上电镀屏蔽膜的效果好,因此,使用镁合金可省去电磁波屏蔽膜的电镀工序。
应用范围:在手机电话的壳体和屏蔽材料上使用了镁合金。
机械加工性能:镁合金比其他金属的切削阻力小,在机械加工时,可以较快的速度加工。
表:各种金属的切削阻力(以镁合金的切削阻力为1)
金属名 切削阻力
镁合金 1.0
铝合金 1.8
黄铜 2.3
铸铁 3.5
耐凹陷性好:镁合金与其他金属相比抗变形力大,由冲撞而引起的凹陷小于其他金属。
对振动•冲击的吸收性:由于镁合金对振动能量的吸收性能好,使用在驱动和传动的部件上可减少振动。另外,冲击能量吸收性能好,比铝合金具有更好的延伸率的镁合金,受到冲击后,能吸收冲击能量而不会产生断裂。
应用范围:在硬盘驱动器的读出装置等的振动源附近的零件上使用镁合金。若在风扇的风叶上使用镁合金,可减小振动达到低骚音。此外,为了在汽车受到撞击后提高吸收冲击力和轻量化,在方向盘和坐椅上使用镁合金。
抗蠕变性能:镁随着时间和温度的变化在尺寸上蠕变少。
再生:镁合金与塑料不同,它可以简单地再生使用且不降低其机械性能,而塑料很难在不降低其机械性能再生使用。镁合金与其他金属相比,熔点低,比热小,在再生熔解时所消耗的能源是新材料制造所消耗的能源的4%。
表:各种材料的物理性质比较
材料名 密度(g/cm3) 熔点(℃) 导热系数(W/Mk) 抗拉强度(MPa) 屈服点(MPa) 延伸率(%) 比强度 杨氏模量(GPa)
镁合金(触变成形)
AZ91 1.82 596 72 280 160 8 154 45
AM60 1.79 615 62 270 140 15 151 45
铝合金
(压铸成形) 380 2.70 595 100 315 160 3 117 71
钢铁 碳素钢 7.86 1520 42 517 400 22 66 200
塑料 ABS 1.03 90(Tg) 0.2 35 * 40 34 2.1
PC 1.23 160(Tg) 0.2 104 * 3 85 6.7
镁合金的种类
1、合金名称
镁合金的合金名称是以主要添加合金元素及其百分比来取名。
2、主要合金的成分(ASTM规格)
合金名称 Mg Al Zn Mn Si Cu Ni Fe
AZ91D bal. 8.5-9.5 0.45-0.90 0.17-0.4 <=0.05 <=0.025 <=0.001 <=0.004
AM60B bal. 5.6-6.4 <=0.20 0.26-0.5 <=0.05 <=0.008 <=0.001 <=0.004
AM50A bal. 4.5-5.3 <=0.20 0.28-0.5 <=0.01 <=0.008 <=0.001 <=0.004
AS41B bal. 3.7-4.8 <=0.10 0.35-0.60 0.6-1.4 <=0.015 <=0.001 <=0.0035
3、主要合金的特征和应用范围
合金名称 特征应用范围
AZ91D 强度高且耐腐蚀性好 电器产品的壳体等
AM60B 延伸率和抗冲击力大 汽车上的方向盘和坐椅等
AM50A 延伸率和抗冲击力大 汽车上的方向盘和坐椅等
AS41B 抗蠕变性能好 汽车上的减速箱等
镁合金专利技术集:
1、电弧炉一步法冶炼稀土硅铁镁合金的工艺方法
2、铝、镁合金的固溶或均匀化热处理方法
3、镁合金的表面处理方法
4、镁合金加工专用模具组
5、镁合金在喷灌设备上的应用
6、镁合金在制做合金门窗及其型材方面的应用
7、耐热阻燃压铸镁合金及其熔炼铸造工艺
8、镁合金锻造成型新工艺
9、镁合金的熔炼方法
10、含有铝的镁合金用化成处理液、高耐蚀性表面处理镁合金制品及其制造方法
11、高耐腐蚀性表面处理镁合金制品及其制造方法
12、铝镁合金电缆桥架型材
13、铝镁合金电缆桥架
14、披覆有色彩薄膜的镁合金产品
15、铝镁合金电缆桥架型材
16、笔记本电脑铝镁合金外壳碳纤维的补强制法
17、高强度镁合金及其制备方法
18、镁合金专用水平连铸机
19、一种镁合金生产工艺
20、一种镁合金熔炼阻燃保护的方法
21、镁合金表面处理工艺
22、镁合金表面处理方法
23、镁合金的表面处理方法及镁合金构件
24、镁及镁合金环保型阳极氧化电解液及其应用
25、一种用于制备镁合金锭料的方法
26、一种镁合金粒的制备方法及其产品
27、镁合金薄壁铸造的压铸方法
28、含mg2si强化相镁合金的组织细化熔铸工艺
29、汽车用多元耐热镁合金及其熔铸工艺
30、一种制备超细晶粒组织变形镁合金的方法
31、低成本耐热镁合金
32、镁合金凝固过程表面合金化工艺
33、模铸镁合金
34、低热裂倾向性固溶强化高强度铸造镁合金
35、低热裂倾向性高强度压铸镁合金
36、镁合金成形品及其制造方法
37、用湿式喷砂机处理镁合金表面的方法
38、镁合金精炼剂及生产方法
39、镁合金成形品的涂覆结构及涂覆方法、以及该涂覆结构作为外包装部件的应用
40、镁合金屑专用铣床
41、一种电磁泵充型的镁合金低压铸造系统
42、镁合金屑数控专用铣床
43、大跨距铝镁合金桥架型材
44、铝镁合金防腐涂层
45、下流式高纯度镁和镁合金熔炼坩锅
46、压流式高纯度镁和镁合金熔炼坩锅
47、通过加钙-镁合金从熔融铅中除去铋的方法
48、基于酰胺的防冻剂浓缩物以及用于保护镁和镁合金的含这些浓缩物的冷却剂组合物
49、镁和/或镁合金制部件的制造方法
50、镁合金压铸机熔炉结构
51、无助熔镁合金废料回收炉结构及其回收系统
52、用于镁合金的化学转化试剂、表面处理方法和镁合金基质
53、抗蠕变镁合金
54、镁合金散热器片及其制造方法
55、镁合金安全气囊方向盘骨架
56、一种含nd-sr铸造镁合金及其制备方法
57、一种用于镁合金的复合阻燃变质工艺
58、镁合金表面多元复合氧化物膜的氧化处理方法
59、镁合金消失模铸造阻燃涂料及其制备方法
60、锌铝铜镁合金丝
61、镁合金表面复合陶瓷质膜和生成方法
62、废镁合金真空回收工艺及设备
63、镁合金固态冲压成型工艺方法
64、炉内加热固态扩散镁或镁合金制品表面合金化方法
65、一种新型耐蚀锌基稀土铝镁合金负极材料
66、镁合金安全帽或头盔及其制备方法
67、具有高耐蚀性的镁合金和镁合金元件
68、一种倾转式镁合金熔炼炉浇注装置
69、高延展性镁合金材料的制造方法
70、镁合金无铬化学转化膜制备方法及所用成膜溶液
71、强韧阻燃镁合金
72、用镁及镁合金造粒的方法
73、一种镁合金的制备方法
74、镁合金轮毂压力铸造装置及其方法
75、一种铸造轮毂的镁合金及其熔炼与成型方法
76、一种镁合金用细化剂及其制备方法
77、镁合金金属型铸造涂料及制备方法
78、镁合金除铁熔剂及其生产方法
79、镁合金熔炼炉
80、镁合金废旧料再生工艺
81、镁合金超声波阳极氧化方法
82、铜镁合金绞线的制造方法
83、高镁合金包芯线的芯剂及芯线的制作工艺
84、流动性优异的镁合金及其材料
85、热轧用镁合金板的制造方法及镁合金的热轧方法
86、镁合金板材加工方法及专用装置
87、镁合金上化学镀镍的方法
88、镁合金专用泡沫陶瓷过滤器制备方法
89、镁合金表面均匀聚苯胺薄膜的制备方法
90、大型重熔镁及镁合金产品防止收缩裂纹的方法
91、镁合金除硅熔剂及生产方法
92、镁合金型材毛坯、其连续铸造方法及连续铸造装置
93、一种镁及镁合金锭的浇注方法
94、用于摩托车发动机上的镁合金左后盖
95、除涂层的方法、制备再生镁合金的方法和再生涂料的方法
96、用于摩托车发动机上的镁合金左前盖
97、用于摩托车发动机上的镁合金右曲轴箱盖
98、镁合金板材热冲压装置
99、一种镁及镁合金锭的浇注设备
100、卧式冷室镁合金压铸机
镁合金相对比强度(强度与质量之比)最高。比刚度(刚度与质量之比)接近铝合金和钢,远高于工程塑料。
在弹性范围内,镁合金受到冲击载荷时,吸收的能量比铝合金件大一半,所以镁合金具有良好的抗震减噪性能。
镁合金熔点比铝合金熔点低,压铸成型性能好。镁合金铸件抗拉强度与铝合金铸件相当,一般可达250MPA,最高可达600多Mpa。屈服强度,延伸率与铝合金也相差不大。
镁合金还个有良好的耐腐蚀性能,电磁屏蔽性能,防辐射性能,可做到100%回收再利用。
镁合金件稳定性较高压铸件的铸造行加工尺寸精度高,可进行高精度机械加工。
镁合金具有良好的压铸成型性能,压铸件壁厚最小可达0.5mm。适应制造汽车各类压铸件。
镁合金在汽车上最早的应用是三十年代英国伦敦城市公交的曲轴连杆箱体铸造件。在那个时期,生产出50多万件拖拉机变速箱壳体,而且至今仍在生产。在汽车动力系中,镁的应用数量最大的公司是大众汽车公司(VW)。这些部件的重为17公斤,比它所替代的铸铁件要轻50斤。
随着市场对镁产品需求应用领域的不断拓宽,从航空、航天、汽车零部件、钢铁脱硫、合金压铸件、3C产品的广泛应用,到民用产品的不断研发,以及镁合金技术的进一步研究,镁产品的发展愈来愈显现出它独特的不可替代的优点。同时由于镁合金较好的加工性能、较强的机械性能、重量轻、韧性好屏蔽性好,特别是具有极强的回收性能,越来越受到人们的青睐。
消失模铸造所用的造型材料一般是普通干石英砂,泡沫塑料模型被液态金属置换时,热分解产生的大量气体要通过干砂间空隙方能排出铸型外。然而,液态金属在负压的作用下很容易渗入干砂间的空隙而形成机械粘砂。为了避免产生机械粘砂,消失模模样表面必须涂挂一层耐火涂料。在铸型浇注过程中,这一层耐火涂料是介于金属液和型砂之间,对消失模模样的气化、金属液充填和铸件的形成等起着十分重要的作用。
(1)防止铸件产生机械粘砂和热化学粘砂。
机械粘砂的实质是金属液对砂粒间细孔的充填渗入。在普通砂型铸造中,金属液在铸型某点上的渗入压力即为金属液的压强。当渗入压入超过砂粒间空隙中的气体反压力和由金属液表面张力引起的附加压力时,金属液才能渗入砂粒空隙中形成机械粘砂。
一般情况下,消失模铸造中金属液的渗入压力要大于砂型铸造,所以铸件表面有较严重的针刺和粘砂现象。在泡沫塑料模的外表面涂挂一层一定厚度的致密涂层,可以起到阻止金属液渗入的作用,从而防止铸件产生针刺和机械粘砂。
消失模铸造目前广泛使用的型料诸如铁丸、石英砂等,由于耐火度均不高,熔融温度较低。当浇入高温金属液后极容易被金属液所熔融,形成节瘤等缺陷,产生热化学粘砂。因此,在金属液和型料之间隔离一层耐火度高的涂层,有助于防止热化学粘砂。
(2)提高泡沫塑料模型的刚度,防止埋型时变形。
这是耐火涂料层在消失模铸造中的独特的作用。泡沫塑料模在埋型操作时,不可避免地要受到一定大小的冲击力作用,因而模型可能产生压缩变形和弯曲变形,进而影响到铸件的最终尺寸精度。模型表面涂上一层耐火涂料,干燥后会形成一层紧紧包覆在外表的具有一定强度的硬壳层,使其强度比未挂涂料前有成倍地提高,同时模型的刚度也相应增强,因此可以使各种变形量降低到最小。例如,2mm厚的涂层,在同等受力条件下,可使泡沫模型的受压变形降低2/3,使弯曲变形降低9/10以上。
(3) 有助于消失模模样热分解气体的迅速排出。
如果泡沫模型热分解产生的气体不能及时排出,可能产生浇注不完全、气孔、夹渣和碳黑等缺陷。具有一定透气性的表面耐火涂层可以使气体在负压的作用下及时排出铸型。 消失模铸造用的耐火涂料最终涂覆在泡沫塑料模型的表面。泡沫塑料种类不同以及铸件材质不同,对涂料性能的要求也就不一样。此外,泡沫塑料不透气、热变形温度低(约70℃左右)、对水的亲和力小、气化后的发气量大,这些特点决定了涂覆在它表面的耐火涂料应具备如下技术要求:
(1)涂层具有一定的透气性
从防止铸件粘砂的角度来说,泡沫模型外表必须要涂挂涂料,而且涂层要尽可能致密;但致密的涂层不利于气化模气化后生成的气体往外逸散。因此,要求涂料具有一定的透气性,使模型气化生成的气体容易通过涂层,通过型料之间的间隙由真空泵抽走。
为了使涂层获得良好的透气性,可以采取如下技术措施:
a:将不同种类和粒度的耐火骨料进行合理搭配。耐火骨料的种类和粒度对涂料的透气性影响很大。一般来说,单独使用某一种骨料时涂料的透气性很差,而将不同的耐火骨料搭配起来使用时透气性较好。如将铝矾土与适量石英粉复合可获得良好的透气性。同时,骨料的颗粒形状对涂料的透气性也有很大的影响。球形颗粒(石英、刚玉)形成外露的微孔,而片状颗粒(滑石、云母)形成隐蔽的微孔。胞格状组织(珍珠岩)及纤维结构(石棉、蛭石)的填料形成无序结构,构成松散的多孔结构,透气性较高。将不同种类的骨料进行合理搭配可在一定范围内调节涂料的透气性。
b:选用有机粘结剂。有机粘结剂在高温下分解可形成一些空洞,从而增加了涂料的高温透气性。而高温粘结剂如硅溶胶、水玻璃等所配成的涂料透气性较差。
C:加入适量的氧化剂。泡沫塑料模在高温下不完全分解时会在涂料表面沉积一些碳,阻塞排气通道,从而降低了涂料的高温透气性。加入一些氧化剂可以加速泡沫塑料模的分解,从而防止碳的沉积,增加涂料的透气性。
(2)具有良好的润湿性和粘附性
聚苯乙烯泡沫塑料为非极性材料,表面张力低,不易被水基涂料润湿、渗透,因此,涂料中需加入少量表面活性剂并选择适当的粘结剂。所选用的粘结剂要求与泡沫塑料模的粘附性好,这样涂挂后能在模型外表获得一定厚度的耐火涂层。如涂料的粘附性差,则可造成涂层厚度不够或不均,甚至涂层不连续,很难获得质量优良的铸件。
(3)高温强度好
耐火涂层的耐火度要高,热膨胀系数要低,否则浇注过程中由于金属液的冲刷作用,很容易将粘附不牢的涂层冲刷而卷入铸件,使制品产生粘砂和夹渣等缺陷。
(4)干燥速度快
涂料在低温(一般要低于60℃)下的干燥速度要快,不龟裂,并能形成坚固的耐火涂层。如果干燥速度过慢,不仅影响生产效率,而且由于涂层长期不能干燥、固化,可能会从气化模表面脱落。
(5)发气量要小
涂料层一经烘干后,在浇注过程中与高温金属液相接触时,不得有其它的气体产生。否则涂料层容易崩溃、脱落,所产生的气体还会影响浇注过程的平稳性。
(6)良好的涂挂性
消失模涂料的涂层比较厚,要求涂料有较高的屈服值和塑性变形能力,应严格控制涂料的流淌性,对于热固性树脂为粘结剂的涂料,可以在其中加入少量触变剂,以提高涂料的涂挂性。
生铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金,工业生铁含碳量一般 在2.11%--4.3%,并含C、Si、Mn、S、P 等元素是用铁矿石经高炉冶炼的产品。根据生铁里碳存在形态的不同,又可分为炼钢生铁、铸造生铁。
生铁性能:生铁坚硬、耐磨、铸造性好,但生铁脆,不能锻压。
生铁中除铁外,还含有碳、硅、锰、磷和硫等元素。这些元素对生铁的性能均有一定的影响。
1、可以采用交流铝氩弧焊机焊接,用高纯氩气保护,气体流量在8-10L/MIN。
2、采用电焊手工焊接,焊条选用WEWELDING555的铝电焊条焊接,直流反接,适合小缺陷的修复裂纹,对于操作要求比较高,需要对焊条要皮做烘烤。
3、如果两者都没有条件或者尺寸不允许的话,就用火焰钎焊,一般适合小件的铸铝的件的焊接,一般采用铝的低温钎料焊接,比如可以了解WEWELDING53的一个焊接操作视频,可以解决气焊焊接铸铝的应用。
扩展资料
焊接注意事项:
1、电弧的长度:
电弧的长度与焊条涂料种类和药皮厚度有关系。但都应尽可能采取短弧,特别是低氢焊条。电弧长可能造成气孔。短弧可避免大气中的O2、N2等有害气体侵入焊缝金属,形成氧化物等不良杂质而影响焊缝质量。
2、焊接速度
适宜的焊接速度是以焊条直径、涂料类型、焊接电流、被焊接物的热容量、结构开头等条件有其相应变化,不能作出标准的规定。
保持适宜的焊接速度,熔渣能很好的覆盖着熔潭。使熔潭内的各种杂质和气体有充分浮出时间,避免形成焊缝的夹渣和气孔。在焊接时如运棒速度太快,焊接部位冷却时,收缩应力会增大,使焊缝产生裂缝。
参考资料来源:百度百科-氩弧焊
参考资料来源:百度百科-生铝
参考资料来源:百度百科-焊接