金属型涂料的应用现状及其发展
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Xiao K eze ( Inner M o ng . P olyt . U niv . ) Abstract: T he paper cov ers the basic co nstituent s of coa tings, their r equir ement s, car e and uses, D iscussio ns on the ther mal pr oper ty data is helpful to develop a g oo d heat t ranser mo del fo r this pr ocess. Key words: M old co ating s Per manent m old pro cess
西安机电研究所
《铸造技术》6/ 1996
地址: 西安市丰镐东路 33 号 邮编: 710077 电话: ( 029) 4252347 电挂: 5500 所长: 李恩琪
— 39 —
表 4 金 属型涂料组成( % , 其余为水) [ 3] Tab. 4 Constituents of permanent mold coati ng( % , water rest)
售, 与滑石功能相同但售 价较低。与石墨作用相似的还 有碳黑 ( 气黑) , 它是可 燃气体不完全燃烧的产物。细 度大, 表面有空气附着, 不易被水玻璃粘结剂所湿润, 需用酒精浸湿故配制涂料费事。且因粘结剂用量大, 涂 层干燥时易开裂。我国轧辊铸造工业利用碳黑作为金
属型涂料由来已久, 近年来用石墨粉取代适当放粗骨 料细度, 取得显著经济效益。
组 成 , %
序 号 石英 耐火
粉坭
石墨 粉
煅 烧 木 石棉粉 屑
高锰 白垩 煅 烧 Pect ic 酸钾 粉 滑石粉 粘结剂
皂 石
膨润 水 土 玻璃
K 水 w / m ·°c
1 4. 4 12. 5 25. 0
0. 6
2 19. 4 12. 5 10. 0
0. 6
3 32. 0 6. 2
1. 3
·综述 Survey·
金属型涂料的应用现状及其发展
内蒙古工业大学( 内蒙古自治区呼和浩特市 010062) 肖柯则
摘要: 综述金属型涂料的基本成分及要求, 对涂料的热物理性能进行讨论, 有助于建立本过程的良好热传导模型。 关键词: 金属型 涂料 热物理性能
A Review of Permanent Mold Coatings
醇基涂料容易建立起必要的涂层厚 度。合成 树脂 是这 种涂料粘结 剂的最佳 选择, 每 一种骨料 有它最 适 宜的 粘结树脂, 例如对 石墨粉适合 的粘结剂 是不适 宜 于锆英粉的。
配制 金属型涂料 使用的骨 料多使 用石墨 粉、滑 石 粉和锆英粉。锆英粉烧结点低, 在涂层工 作温度较少引 起应力, 减少剥落缺陷。石墨粉用来平衡 保温涂层的绝 热能力, 加速铸件的冷却凝固。 3 涂敷工艺
挂附于金属型内壁或金属芯表面的 材料统称为金 属型涂料, 用其涂刷铸型来铸造黄铜、青铜、铝、镁 和铸 铁铸件。金属型铸造可提高铸件精度和铸造生产率, 故 近十年来在世界范围内得到一定程度的 发展。在 我国 随着 金属型铝铸 件的品种 和产量的迅 猛增加, 尤其 是 汽车行业中低压铸造和重力铸造对金属 型工艺及其涂 料提 出了较高要 求, 过 去的白粉水 涂料已不 能满足 高 效和 高质量地生 产复杂铝 铸件的工艺 要求, 必须根 据 用途及使用方法配制涂料。
序
骨 料
水玻璃
号
白垩粉 耐火土 氧化锌 硅藻土 皂石
1
2
4
2
8
4
3
7
4
12
9
5
5
11
2
6
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41
13
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60
14
7
15
20
53
滑石
5
20 10 62
云母
5 2
石墨 1
硼酸 7
悬浮剂。藻朊酸盐对涂层较膨润土较少引起裂纹。单独 使用纤维素易造成涂料使用时发生流淌 。
材料
石墨
石英 粉
煅 烧 石棉粉
水 玻璃
耐火 砖粉
耐火 粘土
K w / m°·c
0. 46
0. 17
0. 17
0. 14 0. 14 0. 12
— 38 —
本期责任编辑 商宝录 袁 森 光相中
《铸造技术》6/ห้องสมุดไป่ตู้1996
表 3 高孔隙率多元骨料涂料的导热率[ 2] Tab. 3 Thermal conductivity of the high porous coating wi th multi-fi lli ng materials
0. 147 0. 06 0. 07 0. 09 0. 095 0. 14 44. 2 5. 94 4. 58 0. 17
表 2 高孔隙率单一骨料涂料的导热率 Tab. 2 Thermal conductivity of the hi gh porous coating with
single fil li ng material
10. 5 50 0. 163
3. 0 77. 0 0. 12
2 涂料的组成 涂料 的热物理性 能反映在 不同骨 料的导 热率上,
这只是人们对涂料性能要求的一个方面 , 骨料是 涂料 的基本组成物, 金属型涂料中骨料还应对铸件自 金属 型脱出时起润滑作用。保温隔热和润滑是金型涂 料的
两项主要功能, 可在同一涂料中完成。也 可能涂料以其 中一项功能为主, 使用时配合使用分层涂挂。如表 4 所 示的涂料配方, 前四种骨料为保温绝热物, 也包括表 2 中除石墨以外的所有骨料。后四种物料对涂料起 润滑 作用, 其中皂石或称块滑石, 在国外单独作为商 品出
12
20. 0
7. 5 50 0. 33
7. 5 50 0. 20
10. 5 50 0. 16
10. 15 50 0. 16
7. 5 50 0. 14
8. 5 50 0. 14
7. 5 50 0. 12
0. 2 3. 4
40 0. 465
2. 5 62. 5 0. 245
3. 3 82. 6 0. 175
涂料的另一组成物为悬浮剂, 膨润土和粘土是水 基涂料重要悬浮剂, 它们 具有良好的触变特性, 且可兼 用为高温粘结剂。纤维和藻朊酸盐在水基涂料中也是
·封面广告说明·
中频感应电炉和固体电源
西安机电研究所凭借着研究感应电炉多年经验, 为您提供各种规格的中频感应 电炉和固体电源, 其产品汇集了这一领域的最新科研成果, 使您获得更高的熔化效 率、更低的能量消耗。采用单块集成电路控制板的固体电源, 使整个电气部分简单可 靠, 更易维护。 西安机电研究所愿以优质 的产品、优惠的价格、优良的服务、欢迎广大用户光顾。
涂层在金属型腔面上紧密粘附是它 发挥作用的前 提, 也是涂敷工艺的基础。
首 先应 对型 腔表 面进 行清 洗, 轻度 喷砂, 砂 纸 抛 光, 用丙酮擦净烘干、预热至 210 ℃。
工业 上清洗通常 采用稀薄 涂料冲 洗的办 法, 即 利
— 40 —
用喷 涂料装 置将表 4 中涂料 多兑水 ( 20 倍) 冲刷 型腔 表面直 至黑色表面 开始显露 白色为止, 再刷( 喷) 泥浆 水或有水玻璃粘 结剂 的底层 涂料 ( P rimer co at ) , 这层 涂料之上 可以涂敷润 滑涂料或 保温隔热 涂料, 也可以 前者复盖于后者。底层涂 料毋需控制厚度, 保温涂层厚 度需加测量 予以控制( > 300 Lm ) , 润滑涂层 或面层涂 料视拔 模需要( 筋条部、拔模斜 度较小部位 ) 可 喷薄层 ( 20 Lm) [ 4] 。
《铸造技术》6/ 1996
·试验·研究 Research·
晶界状态对合金热裂倾向的影响
西北工业大学( 陕西省西安市 710072) 杨道敏 丁浩 董晓宾 傅恒志
摘要: 进行了定向凝固 A l -Cu 合金和 Rene125 合金晶界状态分析, 并与合金热裂 倾向性试验结果对比, 揭示了晶 界状态对合金热裂倾向的影响。 关键词: 热裂倾向 晶界状态 定向凝固
4 32. 0 6. 15
1. 2 0. 15
5 26. 9 12. 5
2. 5
0. 6
6 7. 5 10. 0
4. 0
20. 0
7 6. 9 25. 0 10. 0
0. 6
8
53. 4( 胶体)
3. 0
9 20. 0
15. 0
10
1. 7( 胶)
12. 4
11 32. 0 6. 15
0. 12 0. 15
Effect of Grai n Boundry on Hot Cracki ng Tendency of Alloys
Yang Dao min Ding Hao Do ng Xiaobin F u Hengzhi ( N or thwester n Po ly technical U niv ersit y, Xi'an, 710072) Abstract: G rain boundr ies w ere analysed for dir ect ionally solidified A l-Cu and Rene125 alloy s. Compar esion w ith the ex periment r esult on hot cracking tendency , ththe effect o f gr ain bo undries o n hot cra cking t endency was di s cu s s ed. Key words: Hot cr acking tendency G r ain bo undr y Directional so lidificatio n
但喷涂需要特殊设备。比较简便的方法是刷、浸和 抹( Swabbing ) 。刷和 抹是使用 硬毛刷和 软毛笔操 作, 类似涂挂过程。如涂料较 稠抹涂比刷涂的生产率高, 特 别适宜于中、大型金属型上涂料之 用。抹涂较易清除涂 层表面出现的刷痕, 且容易建立起 涂层厚度。
不论采用那种方法使用的涂料流变特性都应与之 相配合; 例如刷涂时需要一定流动 性以弥合刷痕, 但不 能造成流淌。流动性对浸 涂是不需要的, 因为任何流动
in permanent moul d coating
骨 料
粉化焦炭 硅藻土原矿 焙烧硅藻土 干燥硅藻土 水洗硅藻土 水洗、干燥藻土 石墨 20～40 目石墨粉 40 目石墨粉 100 目石墨粉
温度, ℃
20 0 99 299 149 349 50 37. 7 37. 7 40
导热率, w /m ·k
表 3、4 中涂料均以 水玻璃 为粘结 剂, 它 应称之 为 水溶 性的高温粘 结剂, 与此相对还 有一种室 温粘结 剂 ( 糊精、亚硫酸、酒糟废液和干性油等) 这种粘结剂 使室 温涂层具有湿态强度, 且随温度提高, 强度将增 加。这 种性质有利于对预热金属型多次喷涂建 立起需要的厚 度。
两种粘结剂( 水玻璃与膨润土) 在一种水基涂 料中 往往发生胶溶或絮凝现象, 使涂层强度降低, 应加 以避 免。
1 涂料的热物理性质 金属型铸造是通过改变涂料层厚度 或其热物理性
能来控制铸件凝固时的冷却强度。涂料是多种固 相与 孔洞相的混合物, 其导热率决定于诸相间的组合形式; 热流 通过相接触 的骨料进 行点间传导, 通过 孔洞内 气 体进 行传导与对 流, 颗 粒间辐射也 使热流进 行粒间 传 递。因此, 导热率 K c( w / m ·k) 与下述因素有关; 组成 涂料的骨料种类和尺寸、粘结剂、涂层内部孔洞体 积大 小、孔洞内气体、骨料的辐射系数和温度等。在所 有因 素中, 骨料粒度的影响最为显著; 如表 1 所示三种 材料 呈现碎粒 状时 K c 值的 变化, 石墨 的传导性 能很好, 但 如破 碎后分级, 细度增 加, 传导 性显著 降低, 作为涂 料 骨料, 在高温时无烧结倾向, 孔隙率稳定。有利于 保持 保温隔热性能。但实际生产中, 使用相同 孔隙的单一骨
料配制涂料, 仍以石墨粉涂料热导 率为最高( 表 2) 。故 石墨粉在 配制多元骨 料的保温 涂料时, 应限制 其用量 ( 表 3) 。
表 1 金属 型涂料骨料的热物理性能( 1) Tab. 1 The Thermal physical properties of fi ll ing materials
型腔各部涂层表面粗糙度应与充型金属排气要求 相适应。涂层表面细滑光洁不利于浇注时型腔内气体 的排除, 涂层表面粗糙可以获得表 面光洁的铸件。
在金属型 型腔内涂 挂料有 喷、刷、浸 三种方法, 其 中以浸最快, 适用于大量生产。
喷涂似乎 是金属型 涂料挂附 的最好 方法, 实际上 在金型上 挂涂料也以 喷涂最多, 一方面 高压喷 涂可使 高粘度涂 料顺利喷出; 另方 面喷出涂料 形成的 涂层表 面略显粗糙是最利于型腔内气体在浇注时排出的。
西安机电研究所
《铸造技术》6/ 1996
地址: 西安市丰镐东路 33 号 邮编: 710077 电话: ( 029) 4252347 电挂: 5500 所长: 李恩琪
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表 4 金 属型涂料组成( % , 其余为水) [ 3] Tab. 4 Constituents of permanent mold coati ng( % , water rest)
售, 与滑石功能相同但售 价较低。与石墨作用相似的还 有碳黑 ( 气黑) , 它是可 燃气体不完全燃烧的产物。细 度大, 表面有空气附着, 不易被水玻璃粘结剂所湿润, 需用酒精浸湿故配制涂料费事。且因粘结剂用量大, 涂 层干燥时易开裂。我国轧辊铸造工业利用碳黑作为金
属型涂料由来已久, 近年来用石墨粉取代适当放粗骨 料细度, 取得显著经济效益。
组 成 , %
序 号 石英 耐火
粉坭
石墨 粉
煅 烧 木 石棉粉 屑
高锰 白垩 煅 烧 Pect ic 酸钾 粉 滑石粉 粘结剂
皂 石
膨润 水 土 玻璃
K 水 w / m ·°c
1 4. 4 12. 5 25. 0
0. 6
2 19. 4 12. 5 10. 0
0. 6
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1. 3
·综述 Survey·
金属型涂料的应用现状及其发展
内蒙古工业大学( 内蒙古自治区呼和浩特市 010062) 肖柯则
摘要: 综述金属型涂料的基本成分及要求, 对涂料的热物理性能进行讨论, 有助于建立本过程的良好热传导模型。 关键词: 金属型 涂料 热物理性能
A Review of Permanent Mold Coatings
醇基涂料容易建立起必要的涂层厚 度。合成 树脂 是这 种涂料粘结 剂的最佳 选择, 每 一种骨料 有它最 适 宜的 粘结树脂, 例如对 石墨粉适合 的粘结剂 是不适 宜 于锆英粉的。
配制 金属型涂料 使用的骨 料多使 用石墨 粉、滑 石 粉和锆英粉。锆英粉烧结点低, 在涂层工 作温度较少引 起应力, 减少剥落缺陷。石墨粉用来平衡 保温涂层的绝 热能力, 加速铸件的冷却凝固。 3 涂敷工艺
挂附于金属型内壁或金属芯表面的 材料统称为金 属型涂料, 用其涂刷铸型来铸造黄铜、青铜、铝、镁 和铸 铁铸件。金属型铸造可提高铸件精度和铸造生产率, 故 近十年来在世界范围内得到一定程度的 发展。在 我国 随着 金属型铝铸 件的品种 和产量的迅 猛增加, 尤其 是 汽车行业中低压铸造和重力铸造对金属 型工艺及其涂 料提 出了较高要 求, 过 去的白粉水 涂料已不 能满足 高 效和 高质量地生 产复杂铝 铸件的工艺 要求, 必须根 据 用途及使用方法配制涂料。
序
骨 料
水玻璃
号
白垩粉 耐火土 氧化锌 硅藻土 皂石
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滑石
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20 10 62
云母
5 2
石墨 1
硼酸 7
悬浮剂。藻朊酸盐对涂层较膨润土较少引起裂纹。单独 使用纤维素易造成涂料使用时发生流淌 。
材料
石墨
石英 粉
煅 烧 石棉粉
水 玻璃
耐火 砖粉
耐火 粘土
K w / m°·c
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本期责任编辑 商宝录 袁 森 光相中
《铸造技术》6/ห้องสมุดไป่ตู้1996
表 3 高孔隙率多元骨料涂料的导热率[ 2] Tab. 3 Thermal conductivity of the high porous coating wi th multi-fi lli ng materials
0. 147 0. 06 0. 07 0. 09 0. 095 0. 14 44. 2 5. 94 4. 58 0. 17
表 2 高孔隙率单一骨料涂料的导热率 Tab. 2 Thermal conductivity of the hi gh porous coating with
single fil li ng material
10. 5 50 0. 163
3. 0 77. 0 0. 12
2 涂料的组成 涂料 的热物理性 能反映在 不同骨 料的导 热率上,
这只是人们对涂料性能要求的一个方面 , 骨料是 涂料 的基本组成物, 金属型涂料中骨料还应对铸件自 金属 型脱出时起润滑作用。保温隔热和润滑是金型涂 料的
两项主要功能, 可在同一涂料中完成。也 可能涂料以其 中一项功能为主, 使用时配合使用分层涂挂。如表 4 所 示的涂料配方, 前四种骨料为保温绝热物, 也包括表 2 中除石墨以外的所有骨料。后四种物料对涂料起 润滑 作用, 其中皂石或称块滑石, 在国外单独作为商 品出
12
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0. 2 3. 4
40 0. 465
2. 5 62. 5 0. 245
3. 3 82. 6 0. 175
涂料的另一组成物为悬浮剂, 膨润土和粘土是水 基涂料重要悬浮剂, 它们 具有良好的触变特性, 且可兼 用为高温粘结剂。纤维和藻朊酸盐在水基涂料中也是
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西安机电研究所凭借着研究感应电炉多年经验, 为您提供各种规格的中频感应 电炉和固体电源, 其产品汇集了这一领域的最新科研成果, 使您获得更高的熔化效 率、更低的能量消耗。采用单块集成电路控制板的固体电源, 使整个电气部分简单可 靠, 更易维护。 西安机电研究所愿以优质 的产品、优惠的价格、优良的服务、欢迎广大用户光顾。
涂层在金属型腔面上紧密粘附是它 发挥作用的前 提, 也是涂敷工艺的基础。
首 先应 对型 腔表 面进 行清 洗, 轻度 喷砂, 砂 纸 抛 光, 用丙酮擦净烘干、预热至 210 ℃。
工业 上清洗通常 采用稀薄 涂料冲 洗的办 法, 即 利
— 40 —
用喷 涂料装 置将表 4 中涂料 多兑水 ( 20 倍) 冲刷 型腔 表面直 至黑色表面 开始显露 白色为止, 再刷( 喷) 泥浆 水或有水玻璃粘 结剂 的底层 涂料 ( P rimer co at ) , 这层 涂料之上 可以涂敷润 滑涂料或 保温隔热 涂料, 也可以 前者复盖于后者。底层涂 料毋需控制厚度, 保温涂层厚 度需加测量 予以控制( > 300 Lm ) , 润滑涂层 或面层涂 料视拔 模需要( 筋条部、拔模斜 度较小部位 ) 可 喷薄层 ( 20 Lm) [ 4] 。
《铸造技术》6/ 1996
·试验·研究 Research·
晶界状态对合金热裂倾向的影响
西北工业大学( 陕西省西安市 710072) 杨道敏 丁浩 董晓宾 傅恒志
摘要: 进行了定向凝固 A l -Cu 合金和 Rene125 合金晶界状态分析, 并与合金热裂 倾向性试验结果对比, 揭示了晶 界状态对合金热裂倾向的影响。 关键词: 热裂倾向 晶界状态 定向凝固
4 32. 0 6. 15
1. 2 0. 15
5 26. 9 12. 5
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4. 0
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0. 6
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53. 4( 胶体)
3. 0
9 20. 0
15. 0
10
1. 7( 胶)
12. 4
11 32. 0 6. 15
0. 12 0. 15
Effect of Grai n Boundry on Hot Cracki ng Tendency of Alloys
Yang Dao min Ding Hao Do ng Xiaobin F u Hengzhi ( N or thwester n Po ly technical U niv ersit y, Xi'an, 710072) Abstract: G rain boundr ies w ere analysed for dir ect ionally solidified A l-Cu and Rene125 alloy s. Compar esion w ith the ex periment r esult on hot cracking tendency , ththe effect o f gr ain bo undries o n hot cra cking t endency was di s cu s s ed. Key words: Hot cr acking tendency G r ain bo undr y Directional so lidificatio n
但喷涂需要特殊设备。比较简便的方法是刷、浸和 抹( Swabbing ) 。刷和 抹是使用 硬毛刷和 软毛笔操 作, 类似涂挂过程。如涂料较 稠抹涂比刷涂的生产率高, 特 别适宜于中、大型金属型上涂料之 用。抹涂较易清除涂 层表面出现的刷痕, 且容易建立起 涂层厚度。
不论采用那种方法使用的涂料流变特性都应与之 相配合; 例如刷涂时需要一定流动 性以弥合刷痕, 但不 能造成流淌。流动性对浸 涂是不需要的, 因为任何流动
in permanent moul d coating
骨 料
粉化焦炭 硅藻土原矿 焙烧硅藻土 干燥硅藻土 水洗硅藻土 水洗、干燥藻土 石墨 20～40 目石墨粉 40 目石墨粉 100 目石墨粉
温度, ℃
20 0 99 299 149 349 50 37. 7 37. 7 40
导热率, w /m ·k
表 3、4 中涂料均以 水玻璃 为粘结 剂, 它 应称之 为 水溶 性的高温粘 结剂, 与此相对还 有一种室 温粘结 剂 ( 糊精、亚硫酸、酒糟废液和干性油等) 这种粘结剂 使室 温涂层具有湿态强度, 且随温度提高, 强度将增 加。这 种性质有利于对预热金属型多次喷涂建 立起需要的厚 度。
两种粘结剂( 水玻璃与膨润土) 在一种水基涂 料中 往往发生胶溶或絮凝现象, 使涂层强度降低, 应加 以避 免。
1 涂料的热物理性质 金属型铸造是通过改变涂料层厚度 或其热物理性
能来控制铸件凝固时的冷却强度。涂料是多种固 相与 孔洞相的混合物, 其导热率决定于诸相间的组合形式; 热流 通过相接触 的骨料进 行点间传导, 通过 孔洞内 气 体进 行传导与对 流, 颗 粒间辐射也 使热流进 行粒间 传 递。因此, 导热率 K c( w / m ·k) 与下述因素有关; 组成 涂料的骨料种类和尺寸、粘结剂、涂层内部孔洞体 积大 小、孔洞内气体、骨料的辐射系数和温度等。在所 有因 素中, 骨料粒度的影响最为显著; 如表 1 所示三种 材料 呈现碎粒 状时 K c 值的 变化, 石墨 的传导性 能很好, 但 如破 碎后分级, 细度增 加, 传导 性显著 降低, 作为涂 料 骨料, 在高温时无烧结倾向, 孔隙率稳定。有利于 保持 保温隔热性能。但实际生产中, 使用相同 孔隙的单一骨
料配制涂料, 仍以石墨粉涂料热导 率为最高( 表 2) 。故 石墨粉在 配制多元骨 料的保温 涂料时, 应限制 其用量 ( 表 3) 。
表 1 金属 型涂料骨料的热物理性能( 1) Tab. 1 The Thermal physical properties of fi ll ing materials
型腔各部涂层表面粗糙度应与充型金属排气要求 相适应。涂层表面细滑光洁不利于浇注时型腔内气体 的排除, 涂层表面粗糙可以获得表 面光洁的铸件。
在金属型 型腔内涂 挂料有 喷、刷、浸 三种方法, 其 中以浸最快, 适用于大量生产。
喷涂似乎 是金属型 涂料挂附 的最好 方法, 实际上 在金型上 挂涂料也以 喷涂最多, 一方面 高压喷 涂可使 高粘度涂 料顺利喷出; 另方 面喷出涂料 形成的 涂层表 面略显粗糙是最利于型腔内气体在浇注时排出的。