防止呋喃树脂砂厚大铸钢件粘砂缺陷的新型涂料和面砂研制

曝热仪 位 砂 样平 均 线
铸造技术 6/ 2002
王春涛等 : 防止呋喃树脂砂厚大铸钢件粘砂缺陷的新型涂料和 面砂研制
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测试结果表明: 深渗型底涂料对呋喃树脂石英砂 型激热膨胀有束缚作用。涂渗深度越大, 砂型的膨胀 就越小。 1. 1. 2 面涂料
面涂料的作用是在金属液与砂型之间建立抗金属 液冲刷侵蚀的阻挡层, 使铸件表面在涂层破坏和砂型 失去强度之前能凝固成壳, 为了耐冲蚀又易涂刷, 研制 了具有厚涂性( 即刷 1 道就可较厚) 的锆英粉面涂料, 其组 成 w ( % ) : 锆 英粉 100, 粘结 稠 化剂 2, 悬 浮剂 0 2, 高 温 粘 结 剂 4, 乳 液 1 2, 水 30。性 能: 密 度 2 26 g/ cm3, 粘度 14. 12 s, 24 h 悬浮性 99. 7% , 屈服量 21 28 P a, 涂 片 质 量 2. 5 g , 涂 层 干 厚度 ( 刷 1 道) 1. 1 mm, pH= 8。面涂料在粘 度适中、刷 涂时手感滑 爽的前提下, 反映厚涂性的涂片重可高达 2. 5 g , 其关 键在于所研制的面涂料屈服值能高于 其他品种的涂 料[ 6] 。 1. 2 涂层高温抗裂试验 1. 2. 1 涂刷基底的影响
采用自硬呋喃树脂石英砂工艺, 具有常温强度大、 尺寸精度高、溃散性好和劳动强度低等独特优点。但 生产大型铸钢件, 在厚壁和热节部位, 容易发生粘砂缺 陷。对这个问题, 许多学者都在研究[ 1 5] , 一般认为树 脂砂粘砂是单纯的机械粘砂, 和砂型( 芯) 密度、原砂粒 形和粒度、浇注温度及金属液压头等因素有关。但主 要原因是由于涂料层的开裂和砂粒间隙太大, 导致金 属液渗入砂粒间的空隙而形成的。因此, 我们研制开 发了能减少表面涂料层开裂的涂料、新砂及其工艺。 1 实验内容及结果 1. 1 水基锆英粉底、面双层涂料的研制 1. 1. 1 底涂料
orig inal sands
原砂 粒度( m m)
树脂 固化剂 H 0 h0 h11
h
% % H / mm S/ mm S/ mm mm
h/ H 0 %
Z 1 砂( 0. 3/ 0. 15)
1. 6 40 22. 7 1. 85 1. 97 0. 12 0. 528
石英玻璃砂( 0. 075/ 0. 15) 3. 0 35 21. 7 3. 05 3. 12 0. 07 0. 323
料及铸造工艺
100, 钠膨润土 2, 高温粘结剂 4, 乳液 1 2, 悬浮剂 0 8, 降粘剂 0. 5, 水 40。其性 能: 密 度 1. 96 g/ cm3, 粘度 6. 03 s, 24 h 悬浮性 95% , 涂渗深度 2. 5 mm , pH = 7。
为了反映所研制的底涂料及其涂渗深度对呋喃树 脂石英砂型激热膨胀的阻抑作用, 将砂样分别在底涂料 中浸涂不同时间, 干燥后放入 1 300 的曝热试验仪 中, 测算其平均线膨胀率 25 ~ 1 300 , 结果见表 1。
铸造技术
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F OU N DR Y T ECHNO LOG Y
V ol. 23 No. 6 N ov. 2002
防止呋喃树脂砂厚大铸钢件粘砂缺陷的 新型涂料和面砂研制
王春涛1, 陈立新2
( 1. 浙江海洋学院工程学院, 浙江 舟山 316004 ; 2. 浙江大学材料与化学工程学院, 浙江 杭州 310027)
Abstract: T he developed w at er based zircon pow der coat ings include base coating and surface coat ing. T he coating possesses a good permeabilit y of 2. 6 mm w ith a desirable f illing and ant i thermo expansion of sand mold. T he surface coat ing has a t hick coating charact er of 1. 1 mm w ith a good ant i erosion character on liquid metal. T he above double coat ings combined w it h new ly developed Z 1 sand can eff ect ively prevent metal penetration in large size steel cast ings by no bake furan resin sand process. Key words: Furan resin sand; Coat ing; Z 1 sand; St eel cast ing; Metal penetrat ion
将砂样先在底涂料中浸涂 6 s。1. 5 h 后, 再分别
刷涂 1 道稍稀释的面涂料, 或刷 2 道未稀释的面涂料, 干燥后在 1 300 曝热 10 min, 观测涂层开裂情况: 面 涂料 1 道, 涂层顶面有稀疏网细裂纹, 拐角处有断续细 裂纹, 侧面有少量网状裂纹。面涂料刷 2 道, 涂层顶面 有几条短裂纹, 拐角处有粗裂 纹, 侧面有 稀少纵向裂 纹。
使பைடு நூலகம்涂料
试验结果
瓷 底涂料( 刷 1 道)
涂层完好, 无任何裂纹
舟 背
面涂料( 刷 1 道)
涂层完好, 无任何裂纹
面 底涂料( 刷 1 道) + 面涂料( 刷 1 道) 涂层完好, 无任何裂纹
底涂料( 刷到砂样表面刚积存) 砂
样 面涂料( 刷一道) 顶 侧 底涂料( 同上) + 面涂料( 刷 1 道) 面
从试验结果看, 无论是薄的面涂料还是厚的面涂 层, 高温下都开裂, 仅是后者的裂纹数量较前者少, 但 裂纹较宽。 1. 3 Z 1 砂的工艺特性
鉴于锆英粉涂层与石英砂型表层的热膨胀差太大, 采用上述研制的底、面双层涂料虽然能减少部分粘砂, 但尚不能根本解决粘砂问题。为此, 有必要寻找 1 种热 膨胀小, 价格又不昂贵的新型防粘砂的原砂用于砂型的 易粘砂部位。经过多次探索而新开发的 Z 1 砂是 1 种 粒形完整、表面光洁的铝硅系耐火材料, 它的树脂耗量 低、流动性好、利于填砂、紧实均匀。Z 1 原砂热膨胀小, 灼减量在 0. 1% , 耐火度 1 700 ~ 1 770 , 并具有良 好的烧结性。Z 1 砂的主要工艺特性如下: 1. 3. 1 热膨胀性
T ab. 1
表 1 底涂料对砂型激热膨胀的阻抑作用 Inhibition of base coating on sand mold fier cely ther mo ex pansion
浸涂时间 涂渗深度 H 0
h0
h1
T / s H / mm H / mm S / mm S / mm
0
0
20. 2 0. 51 1. 01
将 Z 1 原砂制成呋喃树脂砂样, 分别在不同温度 下保 温 10 min, 观 测其是否 发生烧结 现象。结 果表 明, Z 1 砂在 1 350 ~ 1 500 温度范围内发生程度 不同的烧结现象, 砂样具有高温强度, 有利于防止金属 渗透。而普通石英砂、石英玻璃砂和锆砂经测试后发 现, 在 1 500 以内不发生烧结, 高温下砂样溃散、失 去强度。 1. 3. 3 Z 1 呋喃砂样锆英粉涂层的高温抗裂性
顶、侧面均有少量不连续细微裂纹, 侧面稍多, 砂样结壳。 顶面少量粗裂纹, 拐角处大裂, 侧面 有粗裂纹, 纵向为主, 砂样已溃散。 顶面少量细裂纹, 拐角处有 不连续 裂纹, 侧面有稀疏 网状裂纹 纵向为 主, 砂样结壳。
1. 2. 2 底涂料涂渗深度的影响 将呋喃砂样分别在底涂料中浸涂不同时间, 1. 5 h
摘要: 新研制的水基锆英粉涂料包括底涂料和面涂料。底 涂料具有 较好的 涂渗性, 涂渗 深度达 到 2. 6 mm, 它既有 填隙作 用, 又可减缓砂型的激热膨胀; 面涂料具有较好的厚 涂性, 单次 刷涂的 干厚 度达 到 1. 1 mm, 具 有较 好的抗 金属 液冲刷 和侵 蚀特 点。新开发的 Z 1 砂是 1 种粒形圆整、表面 光洁的铝硅系耐火材料, 具有热膨胀率小、树脂耗量低和能适度烧结的 特点。生产 试验表明, 配合使用上述 Z 1 砂和新型双层涂料, 能有效防止呋喃树 脂砂厚大铸钢件的金属渗透。 关键词: 呋喃树脂砂; 涂料; Z 1 砂; 铸钢件; 粘砂 中图分类号: TG 250. 6 文献标识码: A 文章编号: 1000 8365( 2002) 06 0340 03
锆砂( 0. 075/ 0. 15)
3. 0 35 21. 7 2. 17 2. 35 0. 18 0. 829
普通石英砂( 0. 15/ 0. 3) 2. 0 40 20. 2 0. 52 1. 02 0. 50 2. 48
由表 3 可见, Z 1 砂的平均线膨胀率较小, 只有普 通石英砂的 21. 3% , 比锆砂还略低一些。 1. 3. 2 高温烧结性
测试和比较了 Z 1 砂、石英玻璃砂、锆砂以及普通 石英砂的热膨胀性, 由 4 种不同原砂制成的呋喃树脂 砂样 测 得 的 曝 热 平 均 线 膨 胀 率 25 ~ 1 300 , 见表 3。
表 3 不同原砂制成的呋喃树脂砂样 的平均线膨胀率
T ab. 3 Average line expansivity of furan resin sand w ith different
Development of Advanced Coatings and Surface sand Preventing Metal Penetration in Large size Steel Castings by Furan Resin Sand Process
WAN G Chuntao1, CHEN L ixin2 ( 1. Eng ineering Colleg e, Zhejiang Ocean U niversit y, Zhoushan 316004, China; 2. Colleg e of M aterials Science and Chemical Engineering, Zhejiang U niversit y, Hangzhou 310027, China)
h mm 0. 50
h/ H 0 % 2. 48
3
1. 2 18. 0 1. 16 1. 52 0. 36 2. 00
6
2. 0 18. 0 0. 25 0. 55 0. 30 1. 67
9
2. 8 18. 1 2. 15 2. 40 0. 25 1. 39
注: H 0 砂 样原始高度; h 0 曝热仪位移初始 值; h 1 移最大示值; h 砂 样的 绝对 膨胀 量; h/ H 0 膨胀率。
将涂层按不同方式涂在瓷舟或 8 字形呋喃树脂 石英砂型样上, 干燥后在 1 300 曝热 10 min, 观测涂 层开裂情况, 结果见表 2。
表 2 涂刷基底对涂层开裂 的影响
T ab. 2 Influence of base brushed o n cracking of coating
涂刷 基底
用振动磨制备超细锆英粉, 并用正交试验研制了 深渗型水基底涂料。它能填塞砂粒间的空隙, 同时提 高型表的高温强度, 阻止砂粒间隙的扩大, 束缚砂型表 层的 激热 膨胀 。底 涂料 的组 成 w ( % ) : 超 细锆 英粉
收稿日期: 2002 04 08; 修订日期: 2002 08 28 作者简介: 王春涛( 1965 ) , 浙江定海人, 硕士, 讲师, 研究方向: 造型材
后再 刷 涂 一 次 面 涂 料。 干 燥 后 在 1 300 曝 热 10 min, 观测涂层高温开裂情况: 未浸涂底涂料, 顶面 有少量粗裂纹, 拐角处大 裂, 纵向 为主, 砂样 已溃散。 浸涂 3 s, 顶面少量细长裂纹, 拐角处有断续裂纹, 侧面 有细裂纹纵向为主, 砂样结壳。浸涂 9 s, 顶面几条细 微裂纹, 拐角处有断续裂纹, 侧面有少量细微裂纹, 砂 样结厚壳。 1. 2. 3 面涂料涂刷厚度的影响