（材料加工工程专业论文）涂料对液态泡沫塑料的润湿性对铸件缺陷的影响.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 本文综述了消失模铸造工艺及其关键技术之涂料的发展和研究状况， 针对目前普遍存在的铸铁件表面积碳和皱皮缺陷以及铸钢件的增碳缺陷，通过分 析探讨聚苯乙烯气化分解过程中单质碳和铸件缺陷的生成机理，认为聚苯乙烯泡 沫塑料若完全以气态的形式排出涂料层以外，必然会产生大量的碳并滞留在型腔 内，导致铸件碳缺陷的产生。提出了涂料对聚苯乙烯液态产物的润湿性的概念， 通过分析认为涂料层对液态聚苯乙烯的润湿性的高低和铸件的缺陷有着直接的 关系。进行了一系列的涂料的透气性、润湿性以及浇注试验，通过分析试验结果 发现，涂料层对液态聚苯乙烯润湿性高，则液态聚苯乙烯能大部分以液态形式捧 出涂料层以外，达到净化型腔，提高充型能力的效果，可有效地减少铸件的碳缺 陷。通过实际生产条件下的对比浇注试验，验证了本课题配制出的涂料在实际应 用中的性能。通过分析涂料片断面的扫描电镜照片，观察对比涂料片的微观形貌， 验证了涂料的润湿性理论的正确性。 关键词：消失模铸造涂料润湿性碳缺陷 v 山东大学硕士论文 a b s t r a c t i nt h i st h e s i sw ed i s c u s st h ed e v e l o p i n ga n ds t u d y i n gs t a t e m e n to fc o a t i n g w h i c hi sk e yt e c h n o l o g yo fl o s tf o a mc a s t i n g ，a i m e da tt h ec a r b o nd e f e c t s e x i s t i n gi ni r o nc a s t i n ga n ds t e e lc a s t i n g ，p r o b ei n t ot h e f o r m u l a t i o nm e c h a n i s m o ft h ec a r b o nd e f e c t sb ya n a l y z i n gt h ep o l y s t y r e n e sg a s i f i c a t i o na n d d e c o m p o s i t i o np r o c e s s ，w e b e l i e v et h a t i ft h e p o l y s t y r e n ef o a mt o t a l l y d i s c h a r g i n gt h ec o a t i n gl a y e ri nt h ef o r mo fg a s e o u ss t a t e ，t h a tw i l li n e v i t a b l e p r o d u c eal a r g en u m b e ro fc a r b o nw h i c hi s h e l du pi nt y p ea n dc a u s et h e f o r m a t i o no ft h ec a s t i n g s c a r b o nd e f e c t s w eh a v ep u tf o r w a r dt h ec o a t i n g w e t t i n ga b i l i t yc o n c e p tt ot h el i q u i dp o l y s t y r e n e ，a n dt h e r ea r ed i r e c tr e l a t i o n s b e t w e e nt h ec a r b o nd e f e c t so fc a s t i n ga n dt h ew e t t i n ga b i l 时o fc o a t i n gl a y e rt o l i q u i dp o l y s t y r e n e w eh a v ec a r r i e do nas e d e so ft e s to nt h ec o a t i n gl a y e r s v e n t i l a t i v e ，w e t t i n ga n dp o u n n g ，t h r o u g ha n a l y z i n gt h er e s u l to ft h et e s t ，w e f o u n dt h a ti ft h ec o a t i n gl a y e rh a sah i g hw e t t i n ga b i l i t yt ol i q u i dp o l y s t y r e n e ， t h e nt h el i q u i dp o l y s t y r e n ec a nm a j o r i t yd i s c h a r g et h r o u g ht h ec o a t i n gl a y e rb y l i q u i df o r m ，w h i c hc a np u n f yt h et y p e ，i m p r o v et h ef i l l i n ga b i l i t y , a n dr e d u c et h e c a r b o nd e f e c to ft h ec a s t i n ge f f e c t i v e mt h ec o n t r a s tu n d e rt h er e a lw o r k i n g c o n d i t i o ni sp o u r e da n dt e s t e d ，h a sv e r i f i e dt h ep e r f o r m a n c ei np r a c t i c a l a p p l i c a t i o no fc o a t i n gt h a tas u b j e c tc o m p o u n d so u t t h r o u g ha n a l y z i n gt h e e l e c t r i cm i r r o rp h o t oo fs c a n n i n gt h ec o a t i n gl a y e r , w eo b s e r v et h em i c r os h a p e o ft h ec o a t i n gl a y e ra n dc o m p a r e ，v e r i f yt h ew e t t i n ga b i l i t yt h e o r yo ft h e c o a t i n g k e y w o r d ：l o s tf o a mc a s t i n g ，c o a t i n g ，w e t t i n ga b i l i t y , c a r b o n d e f e c t 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：立：l 垫日期：2 全! ! ：生! 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：坦导师签名：毒缸日 期： z o 田孓i 厂 山东大学硕士学位论文 1概述 进入二十一世纪后，我国的经济继续突飞猛进，而随着中国加 入世贸组织我国的工业也逐渐走上成熟，成为经济发展的支柱。铸 造工业作为基础性工业更是得到飞速发展。众所周知铸造业是一个 劳动强度大、能耗高、污染严重的工业，但是它又恰恰是不可替代 的，在汽车、船舶、航天、民生中的应用占有很大的比例。随着我 国工业的发展各种污染问题也随之而来，所以我们一直在寻求铸造 业的改革。与西方工业化国家相比，铸造业在我国虽然历史悠久， 但其技术水平仍然不高，亟待发展。并且依靠传统工艺技术对铸造 工业进行技术改造是极其艰难的，即使不借投入巨资也难以达到治 6 本的效果。因此，改革工艺技术本身，即广泛采用高新技术才是彻 底改善铸造生产落后面貌的根本途径。 1 1 消失模铸造技术简介 消失模铸造技术是将与铸件尺寸形状相似的发泡塑料模样粘 结组合成模样簇，刷涂耐火涂层并烘干后，放入专用砂箱，埋在不 含水分、粘结剂及其它附加物的干砂中，经过震实台振动紧实造型， 用真空设备接上专用砂箱抽真空，在铸型内保持一定负压的条件下 浇注高温金属液：泡沫塑料模型在高温液态金属作用下不断分解 气化，产生金属一模型的置换过程，金属液占据模型位置，冷却 凝固后形成所需铸件。 消失模铸造的具体工艺流程如图1 1 所示。 山东大学硕士论文 图1 - 1 消失模工艺示意图 消失模铸造技术( e p c ) 是七十年代末由英国铸钢研究与工业协 会( s c r a t a ) 研究成功的凹1 。它是将美国人h f s h r o y e r1 9 5 8 年发明的实型铸造与1 9 7 1 年日本秋田株式会社和长野县工业试验 所发明的真空密封造型法( 即v 法) 结合起来，利用实型铸造的泡 沫塑料模样、干砂及真空密封造型的抽真空技术进行造型1 。消失 模铸造技术被铸造界誉为绿色铸造，铸件成本可降低1 0 3 0 ，并 很好地改进了铸造业的高能耗，高污染问题。 表1 美国里卡( r i k k e r ) 联合有限公司成本比较 项目砂型铸造消失模铸造 金属材料 1 0 0 9 7 o 非金属材料 1 0 0 4 9 2 人员工资 1 0 0 6 3 o 厂房、设备投资 1 0 0 7 3 0 铸件成本 1 0 0 7 2 5 e p c 技术的研究成功，革命性的改革了造型工序，降低了对操 作工人技术水平的要求，减少了噪声、一氧化碳和石英粉尘的危害， 实现了无公害排放，被誉为“铸造的绿色工程”抽1 ，为新世纪铸造 业的可持续发展开辟了更为广阔的天地。 2 山东大学硕士学位论文 f 作为“二十一世纪的铸造技术一，消失模铸造技术与普通砂型 铸造法比较，有如下优点： 经济效益高，不需型芯，不需起模，型砂不用粘结剂，所 以旧砂的回用率高，型砂无需配制，节材、节能表1 1 是美国里卡( r i k k e r ) 联合有限公司的砂型铸造和消失模 铸造在成本上比较与分析所得结果 适用范围广，可以用于铸钢件、铸铝件等特种合金铸件， 也可用于普通铸铁件，还可以用于小件的大批量生产，复 杂大件不需要下芯便可以获得铸件的空腔 提高了铸件的质量，消失模铸件精度高、表面光滑，没有 飞边、毛刺等缺陷可以不用机加工就直接应用采用无任 何粘结剂的干砂造型，消除了水、粘结剂和附加物带来的 铸造缺陷。图卜2 为采用消失模技术生产的铸件1 。 便于机械化成产，模型设计的自由度增大，消失模铸造的 设备简单，可以根据空间的不同来改变造型线，造型线所 需投资少见效快，由于使用干砂而使得传统铸造中的庞大 的砂处理设备得到大大简化。自动化程度高容易控制生产， 减少劳动力，降低劳动强度。 绿色环保，消失模铸造可以有效的减轻污染，使用干砂， 真空浇注，所用涂料无毒，泡沫分解产物被真空机抽走后 处理，可以说消失模铸造是铸造业的绿色航母。 圈1 2 采用消失模技术制造的铸件以及锋件的泡沫塑料模样 3 ) ) ) ) ) l 2 3 4 5 ( ( ( ( ( 山东大学硕士论文 由此可见，消失模铸造是铸造领域中的一项崭新的技术，铸造 专家们给予它很高的评价，它与等离子熔炼、计算机辅助设计与制 造被称为二十世纪铸造领域中的三大革命，誉为二十一世纪的铸造 方向。 1 1 1 国内外消失模技术的发展 1 1 1 1 国外消失模铸造发展概况 作为“明天的铸造技术”，消失模铸造技术从一诞生就以其独 具的优越性受到世界各国科研人员及企业界的青睐。该项技术对工 业发展的推动作用，也引起了先进工业国企业界的高度重视。到 8 0 年代消失模铸造刚刚诞生时，北美和欧洲的工业大国就已经在 这方面取得了辉煌的成果。美国通用汽车公司于1 9 8 6 年投资1 1 0 0 万美元建成了一条年产3 7 0 万套气缸盖的消失模铸造全自动生产 线；1 9 9 0 年，通用汽车公司又在s a t u r n 建成年产铸件5 5 万吨 ( 2 4 万辆轿车) 1 0 万平方米的新铸造厂，其中存在三条全自动的 e p c 生产线。到了1 9 9 8 年，美国s t r a t ec a s t s 公司用消失模铸造 方式生产铸件9 万吨( 其中铸铝件5 万吨，铸铁件4 万吨) 。从这 些数据上我们可以看出消失模铸造在工业发达国家发。展是极为迅 速的。图卜3 为美国m e r c u r ym a r i n e 公司的消失模生产线。 圈卜3 美国m e r c u r ym a r i n e 公司的消失模生产线 山东大学硕士学位论文 经过2 0 年的发展，当进入2 1 世纪以后北美和欧洲消失模铸造 的研究热点已经从涂料、工艺转变为铝合金铸造的各种缺陷的解 决，发泡模具及白区制模技术，探索消失模铸造c a e 和快速成型技 术的研究n 1 。图1 - 4 为国外企业采用消失模技术生产的各种材质的 优质铸件 圈1 - 4 田外采用洧失楱技术翻造的各种铸件 1 1 1 2 国内消失模铸造发展概况 我国的实型铸造工艺的研究和应用起始于6 0 年代中期，几乎 和发达国家同步”。7 0 年代末至8 0 年代末，国内开始研究和应用 消失模铸造，还建成了一批小规模生产线。据不完全统计，我国 1 9 8 8 年用消失模铸造生产铸件约万余吨。但是在8 0 年代以后的时 间里我国的消失模铸造技术跟国外有了很大的差距，国外的发展极 为迅速，消失模铸造的应用逐渐向自动化、专业化发展，应用范围 也在不断扩大但是通过查询文献，我们发现在这段时间里我们 国内几乎没有这方面的文献。到了9 0 年代随着我国国内消失模铸 造企业的增多对消失模铸造的研究也再次被提起尤其是涂料技术 的研究被国内各研究院所所重视。虽然对涂料技术的研究不断有新 的见解和突破。但研究的深度和广度与实际生产的要求还相差较 远，涂料的商品化、系列化程度很差。 进入2 1 世纪以后我国的消失模铸造得到了长足的发展，据文 献介绍；到2 0 0 3 年中国消失模铸造厂家达到1 0 0 多家其中一大批 工厂使用我们国产的设备和技术，建成年产几百吨至几千吨的简易 生产线及采用机械、液压和电动方式的闭环生产线，如：新兴铸管 5 山东大学硕士论文 集团、大连机车车辆厂等。年产达3 0 0 0 5 0 0 0 t 铸铁件生产线，华 中科技大学为武钢烧结配件加工厂等6 家工厂建造的年产千吨铸 铁件和铸钢件生产线“”。也有一些工厂引进国外的先进设备和技 术，如：第一汽车厂轻型发动机厂从美国富康公司引进造型用振动 台、生产e p s 模的预发泡机和成型机及发泡模具，国内配套组成生 产线，生产汽车进气歧管。到2 0 0 5 年底，据不完全统计，山东省 使用消失模铸造方法生产的厂家已经有6 0 多家，其中过万吨的有 三家。最大的一家年产2 万吨。 目前，国内有数十家高校和研究单位开展了对消失模铸造的模 样材料、成型工艺、涂料技术、工装设备等各个环节的研究开发工 作，并且已经取得一定成就，提高了中国在这一领域的学术地位和 技术水平。但是我们距离国外还有很大差距，所以我们应该更加努 力。 1 2 消失模铸造涂料 1 2 1 国内外对消失模铸造涂料的研究概况 在消失模铸造发展进程中涂料的研究一直占着相当的比重。作 为消失模技术在实际生产中应用的成败的关键，涂料一直是研究者 们孜孜不倦的研究目标。现在，在国外的许多厂家已经研制出了各 种用于消失模铸造的专利涂料英国的f o s e c om o r n a l 公司研制的系 列涂料被用于黑色及有色金属的消失模铸造，具有不同的保温性， 透气性及耐火性，经实践证明是一种性能优良的涂料。在日本也已 开发出了用于铸铝、铸铁、铸钢等不同类型的系列涂料。 现在国外消失模铸造用涂料已经成功的商品化、系列化，涂料 也已经可以满足铸造生产用。但是，依j 目还有很多的问题需要解决， 像气孔、夹渣、碳缺陷等问题都是可以通过涂料的高温性能，涂料 与金属液、泡沫塑料的热解产物之间的相互作用等等来解决的。有 文献指出n ”；虽然在涂料研究上已经取得了很大的成就，但是对涂 6 山东大学硕士学位论文 料性能方面的研究缺乏定量性，缺乏较有效的反映涂料性能的测试 方法与测试装置的研究。 国内对于涂料的研究进行的很晚，查阅资料可看出，在整个 8 0 年代，我国在消失模铸造涂料研究方面的文献很少。直至最近 几年，随着消失模铸造工艺的迅速发展与应用，愈加显示出涂料研 究的紧迫性1 。 进入9 0 年代，消失模铸造工艺的研究文献愈来愈多，对涂料 技术的研究不断有新的见解和突破。但研究的深度和广度与实际生 产的要求还相差较远，涂料的商品化、系列化程度很差。至1 9 9 2 年，我国西安延兴铸造涂料厂才开始生产消失模铸造涂料n ”。据分 析可见，我国对消失模铸造涂料的研究开发总的来说是缓慢的，落 后于消失模铸造工艺其他技术的研究，阻碍了消失模铸造工艺的应 用与发展。消失模铸造涂料的研究目前主要停留在对涂料配方的研 制，对涂料的某些性能的研究，而且许多秘方尚未公开，有关涂料 对泡沫塑料液态产物润湿性的研究很少。 国内消失模铸造用涂料以浆状涂料为主，多数情况下是由企业 自己配制自己使用，这样配制出来的涂料在实际生产中的使用性能 不稳定，使用效果也不令人满意，难以达到生产要求。现在国内已 经出现了由专业厂家生产的专用的商品涂料，使得上述的这种情况 得到一定的改善。目前国内的消失模铸造用涂料以浆状和膏状为 主，生产专业涂料的厂家也不多，同样无法满足各种金属材料实际 生产的需要。 1 2 2 消失模铸造涂料的组成及作用 涂料是消失模铸造技术的关键技术之一，国外有“涂料即是铸 型”之称。有人认为，消失模铸造工艺的成功与否5 0 取决于模样， 3 0 取决于涂料，2 0 取决于其他工艺因素n ”。涂料的性能直接影响 着铸件的表面质量与内在质量，而涂料的基本组成是决定涂料性能 的决定因素。 7 山东大学硕士论文 消失模铸造涂料主要由骨料、载体、粘结剂、悬浮剂、表面活 性剂及改善涂料某些性能的添加剂组成。与普通砂型铸造相比，消 失模铸造用涂料的作用不仅是为了防止粘砂，提高铸件表面的粗糙 度，更重要的还有以下几方面： ( 1 ) 提高泡沫塑料模样的强度和刚度。消失模铸造工艺要求 涂层应具备较高的强度。一方面要具备常温强度，提高模样的刚度， 防止在埋箱造型及负压定型时涂层脱落与模样变形；另一方面，又 要具备高温强度，防止在浇注时产生冲砂及铸型溃塌。可见，涂层 的强度对获得高尺寸精度铸件有着非常显著的作用。 ( 2 ) 适当的排气速度排出气相产物。在浇注过程中，泡沫塑 料模样在高温金属液的作用下，产生大量的热解气体。一方面，这 些热解气体阻碍了金属液的充填速度；另一方面，它使金属液流前 沿与泡沫塑料模样之间形成一定的气息压力，防止砂型溃塌。因此， 为了保证浇注过程顺利实现，必须使涂料层具有适当的透气性。涂 层透气性是消失模铸造质量的重要指标，关系着消失模铸造工艺的 成功与否。 ( 3 ) 保温作用。用来维持气化气隙区有较高温度以利于气相 产生。特别是浇注铝合金时，由于浇注温度较低，泡沫塑料模样气 化吸收大量金属液的热量及金属液与干砂进行热传导散失热量，致 使铝合金液过度冷却，导致泡沫塑料模样液体产物来不及分解气化 而积聚在金属液面上使铝铸件易产生冷隔、皮下气孔，等缺陷。因 此，为了减少金属液的热量损失，可在涂料中加入降低涂料层导热 系数的物质，提高涂层的保温性。 消失模铸造用涂料的上述作用，使其在悬浮性，涂挂性，急热 抗裂性，快干性( 低于6 0 以下) 等性能上比普通砂型铸造涂料 有更高的要求，特别是在涂层强度、耐火度、耐磨性方面要求更高， 且要具备一定的透气性n ”。 8 山东大学硕士学位论文 1 3消失模铸造中的主要铸件缺陷 1 3 i 铸铁件的表面积碳和皱皮缺陷 圈卜5 表面积碳和皱皮缺陷圈i - 6 内奠布满碳熏的涂辩片 生产中常常会在铸件表面出现厚薄不同皱纹( 或叫皱皮) n ”， 其形状为波纹状、滴瘤状、冷隔状、夹渣状或夹气夹杂状等。波纹 状较浅，其余皱皮则较厚、深。其表面还常呈现轻质发亮的碳薄片 ( 光亮碳膜) ，深凹沟处充满烟黑、碳黑等，如图卜5 ，l 一6 所示。 皱皮缺陷的出现，严重影响了铸件的表面品质，皱皮的深度为0 1 i 0m m ，甚至可达l o m m 或 l o m m ，导致铸件报废，这种缺陷往往发 生在铁液最后充填或液流的“冷端”部分，对于大件则出现在上部， 对中小薄壁铸件往往呈现在侧面( f 。则特别显著，记为“幸 木” ( b ) 如f 。，f f 。，为显著，记为“木宰” ( c ) 如f 。f f 。，为有一定影响，记为“宰” 表3 - 5涂料透气性试验结果方差分析表 方差来源平方和( q )自由度( f )方差( s2 )方差比( f ) a5 6 6 5 641 4 1 6 41 6 0 0 木木 b9 4 1 0 642 3 5 2 72 6 5 8 宰术木 c2 0 5 5 645 1 3 95 8 1 乖 d5 5 2 8 641 3 8 2 21 5 6 2 半，i e4 4 3 6 641 1 0 9 21 2 5 3 木木 f1 0 8 3 9 642 7 0 9 93 0 6 2 宰木木 试验误差e 3 5 448 8 5 表3 - 6涂料对泡沫塑料液态产物润湿性的试验结果方差分析表 方差来源平方和( q )自由度( f )方差( s2 )方差比( f ) a17 4 7 1 04 4 3 6 7 8 1 9 7 8 唪丰牛 b3 8 7 8 0 549 6 9 5 14 3 9 l 半木木 c 5 8 9 7 24 1 4 7 4 3 6 6 8 木木 山东大学硕士学位论文 d5 5 2 9 841 3 8 2 56 2 6 木 e4 2 1 9 6 041 0 5 4 94 7 7 8 木木木 f4 3 2 1 3 841 0 8 0 3 54 8 9 3 $ 木掌 试验误差e 8 8 3 042 2 0 8 表3 7 金属液充型能力的试验结果方差分析表 方差来源平方和( q )自由度( f )方差( s 2 )方差比( f ) a1 6 7 6 2 544 1 9 0 63 7 7 5 半宰幸 b 1 0 7 1 6 742 6 7 9 22 4 1 4 木宰牛 c2 8 3 3 147 0 8 36 3 8 掌 d3 9 9 3 549 9 8 48 9 9 | c 木 e1 1 4 8 1 242 8 7 0 32 5 8 6 木木| c f2 5 3 9 9 446 3 4 9 95 7 2 1 木牛+ 试验误差e 4 4 441 1 1 表3 - 8因素影响三个试验指标显著程度的统计表 试验指标各因素按照显著程度排列 透气性 f b a d e c 液态泡沫塑料对涂料的润湿性 f e b a c d 金属液的充型能力 f a e b d c b 误差分析 经过对试验结果的方差分析之后，可以求出试验误差的估计值 皖，它是误差均方s ；的平方根，即：玩= ：虿；并且，可以求出 衡量正交试验结果优劣的变差系数d 。，它的定义式为：d 。- 睾1 0 0 ， 其中，臂是全部结果指标的总平均值。试验结果的优劣按d 。值来划 山东大学硕士论文 分等级；当d 。( 5 为“优等”；5 ( d 。( 1 0 为“一般”；d 。 1 0 为“不 艮”。 三个试验指标试验误差的估计值玩与变差系数d 。计算如下： ( 1 ) 涂料层的透气性 a | i 展l8 4 9 西8 5 | 2 9 7 5 d 。垦x 1 0 0 。尘竺1 0 0 4 7 0 。 石6 3 2 6 因为变差系数d 。 5 ，所以本次正交试验透气性的试验结果为 “优等”。 ( 2 ) 涂料层对泡沫塑料液态产物的润湿性 6 ：| 畏| 2 2 & t 两0 8 ；4 7 0 d 重1 0 0 ；丝塑1 0 0 。7 6 6 。 x6 1 3 2 因为表差系数5 d 。 1 0 ，所以本次正交试验润湿性的试验结 果为“一般”。 ( 3 ) 金属液的充型能力 8t ：属| 厄瓦l4 7 0 d 。垂x 1 0 0 。业x 1 0 0 4 7 3 工7 0 4 2 因为变差系数d 。 5 ，所以本次正交试验充型能力的试验结果 为“优等”。 3 3 铸钢件的增碳试验结果分析 铸钢件的碳含量测试结果如表3 - 9 所示。 从表中的数据可以看出，铸件的增碳量与涂料对聚苯乙烯液态 产物的润湿性之间有很大的关系。使用润湿性好的涂料浇出的铸 山东大学硕士学位论文 件，增碳量比使用润湿性差的涂料浇出的铸件要低，润湿性越好， 增碳量越小，涂料的润湿性直接影响了铸钢件的增碳量，通过提高 涂料的润湿性可以减少或者消除铸钢件的增碳缺陷。 另外，通过数据还可以看出，采用顶部浇注工艺时，铸件的下 部增碳量最大，而采用底部浇注工艺时，铸件的顶部增碳量最大， 而且铸件表面的增碳量要比内部的增碳量大。 表3 - 9铸钢件试样碳含量测试结果 涂料透气性润湿角浇注取样试样含增碳量表层下深 编号 ( 1 0 p a )( 。) 方式部位碳量( )( )度( ) o 3 6o 5 底部o 3 501 0 o 3 52 0 o 4 9o 1 30 5 底注中部 o 4 4 0 0 81 0 o 4 3o 0 72 0 0 5 2o 1 6o 5 上部 o 4 80 1 3 1 0 o 4 8o 1 22 0 11 1 61 3 2 o 5 lo 1 5o 5 底部 o 5 0o 1 41 0 o 5 0o 1 42 0 0 4 7 o 1 l o 5 项注中部 o 4 40 0 81 0 o 4 4o 0 8 2 0 0 4 lo 0 5 o 5 上部0 3 9o 0 31 0 0 3 8 o 0 22 0 0 3 5o 5 底部0 3 6o1 0 0 3 62 0 o 4 7o 1 l0 5 底注中部 o 4 4o 0 81 0 o 4 2o 0 62 0 o 4 9o 1 30 5 上部0 4 6o 1 01 0 0 4 50 0 92 0 29 31 0 8 0 5 0o 1 4o 5 底部0 4 90 1 3l o 0 4 8 o 1 22 0 o 4 7 o 1 10 5 顶注中部 o 4 5o 0 91 0 0 4 5o 0 92 0 0 4 2o 0 60 5 上部0 3 7o 0 11 0 o 3 9 o 0 22 0 山东大学硕士论文 0 3 5o 5 底部 0 3 6o1 0 o 3 6 2 0 0 4 2o 0 6o 5 底注中部0 4 00 0 41 0 0 3 90 0 32 0 0 4 4o 0 80 5 上部0 4 2o 0 61 0 o 4 20 0 62 0 38 4 5 3 0 4 50 0 9o 5 底部0 4 30 0 71 0 0 4 4 o 0 82 0 o 4 3o 0 7o 5 顶注中部o 4 4o 0 81 0 0 4 2 o 0 62 0 0 3 8o 0 20 5 上部 o 3 8o 0 2l o o 3 70 0 12 0 o 3 6o 5 底部 o 3 6o1 0 o 3 52 0 0 3 80 0 2o 5 底注中部 0 3 7o 0 l1 0 0 3 7o 0 12 0 o 4 0o 0 4o 5 上部o 3 9o 0 31 0 0 3 9o 0 32 0 47 24 3 o 4 3o 0 70 5 底部 o 4 0o 0 41 0 o 4 10 0 52 0 o 4 00 0 4o 5 顶注中部o 3 9 o 0 31 0 0 3 8 0 0 22 0 0 3 70 o lo 5 上部 o 3 6o1 0 o 3 602 0 3 4 耐磨铸铁件的浇注 图3 5 为商铬铸铁衬板的对比浇注试验结果。 山东大学硕士学位论文 图3 - 5 a 为采用厂家配制的涂料浇出的铸件，浇注后发现铸件 表面颜色发黑，覆盖着大量的碳单质，涂料层连同周围的砂子均为 黑色，表面质量很差，经过检测还发现铸件的内部有一条明显的缩 缝，如图3 - 6 a 所示，缩缝宽约l m m ，导致铸件报废。图3 5 b 为润 湿性好的涂料，浇注后铸件表面质量很好，铸件颜色与涂料颜色相 近，通过检测，铸件内部没有缩缝缺陷，整体质量优良。 8b 圈3 - 5 浇注出的高铬耐膏镥铁件 8 为澜湿性差的涂料b 为润湿性好的涂料 同时在试验中发现，采用润湿性差的涂料浇出的铸件，浇注后 形成的碳黑越多，则围绕铸件表面的充填砂内形成的水分越多，这 些水分的一部分来自于泡沫塑料裂解过程中产生的氢与氧的结合 化合而成。 a b 圈3 - 6 铸件内部的缩缝情况 a 使用厂家涂料，冀件内部出现缩缝 b 使用本课置配制的涂辩，锋件没有出现缩缝 山东大学硕士论文 对铸件进行了含碳量化验，具体的测试结果如下： 表3 - 1 0 耐磨铸铁含碳量测试 涂 r 方涂精本课题涂料 料 润湿性透气性 润湿性透气性 性 10 8 o 80 x 10 p a23 。4 5 x 1o p a 能 12 7 82 7 72 7 92 7 42 7 32 7 4 22 8 22 8 42 8 72 7 52 7 62 7 6 32 9 63 0 03 1 22 7 72 7 82 7 7 附：1 表中数据为百分含量，原铁水含碳量为2 7 6 ： 2 具体取样位置如右图所示；3 本铸件采用顶注。 从铸件碳含量的测试结果可以看出，采用厂里的涂料浇注出的 铸件，增碳现象比较严重，三个测试点的含碳量依次增加。最大含 碳量达到了3 1 2 ，远远超过允许的含碳量范围，铸件报废；采用 本课题配制的涂料浇注出的铸件，含碳量保持在允许范围之内，不 存在增碳的缺陷，达到了铸件的质量要求。 由此可见，由于本课题配制的涂料具有良好的润湿性，能够有 效地减少甚至消除高铬耐磨铸铁件在消失模铸造过程中容易出现 的表面积碳皱皮缺陷，保证铸件的表面和内部质量。 3 5c r - l l o - n 耐热钢铸件的浇注 图3 - 7 a 为采用厂家自己配制的性能较差的涂料浇注出的铸 件，由于涂料对液态泡沫塑料的润湿性很差，导致涂料与铸件界面 问布满黑色的碳黑，表面十分租糙，而且由于浇注过程中型腔内的 气化分解产物过多，导致气压过高，将涂料层涨破，出现了塌箱。 图3 7 b 为使用通过试验确定的润湿性好的涂料浇出的铸件， 铸件的表面质量很好，涂料层与铸件层面没有明显的碳黑，涂料的 山东大学硕士学位论文 颜色基本不变，铸件表面呈现出类似于水玻璃砂铸造出的铸件表面 的氧化色，经过检验，没有发现任何缺陷，整个铸件的内部和外部 质量优良。 a b 田3 - 7 浇注出的c r m o n 耐热铜锋件 ( a 为润湿性箍的涂料，b 为锅漫性好的涂料) 对两种涂料进行性能测试，并对两种铸件进行含碳量测试，测 试结果如下表： 衷3 - 1 1耐热钢铸件含碳量测试结果 r 京滚辩本课题涂料 涂料 润湿性透气性润湿性透气性 性能 4 8 。8 6 1 1 0 p a 10 。 52 1 1o p s lo 2 3o 2 4o 2 50 2 20 2 1o 2 3 2o 2 6o 2 5o 2 7o 2 3o 2 20 2 4 3o 2 90 3 00 3 0o 2 6o 2 5o 2 5 毋5 0 0 附：1 表中数据为百分含量，原铁水含碳量为0 23 j l ； 2 具体取样位置如右图所示：3 本铸件采用底注 从涂料性能测试结果可以看出，本课题配制的涂料具有很好的 润湿性和透气性，厂家配制的涂料虽然具有较好的透气性，但是润 3 9 山东大学硕士论文 湿性比较差。从碳含量的测试结果可以看出，采用厂家涂料浇注出 的铸件，碳含量明显偏高，而且分布不均，最大的碳含量达到了 0 3 0 ，远远超过允许范围，铸件质量不符合要求；采用本课题配 制的涂料浇注出的铸件，碳含量大小符合要求，铸件质量优良。 由此可见，本课题配制的涂料由于具有良好的润湿性，能够有 效地减少甚至消除铸钢件的增碳缺陷，同时具有足够的强度和抗钢 液冲刷性能，能够保证铸件的质量优良，适用于铸钢件的消失模铸 造工艺。 3 o 球墨铸铁件的浇注 球墨铸铁件的对比浇注试验结果如下图所示 ab c 圈3 8 浇注出的锋件 曩使用润温性差的涂科，膏件表面穰缺陷严重tb 使用润湿性差的涂料， 件内部出现夹菠缺陷lc 涓漫性好的涂辩，铸件质量优良 采用厂家涂料浇注出的铸件，表面质量很差，布满碳黑和皱皮 缺陷( 图3 8 a ) 并且存在冷隔和浇不足等缺陷，铸件的内部也存 在着夹渣缺陷( 图3 8 b ) ，铸件报废；采用本课题配制的涂料浇注 出的铸件( 图3 8 c ) ，表面质量好，内部无缺陷，性能优良 由此可见，本课题配置的涂料由于具有良好的润湿性，能够明 显消除球墨铸铁件在消失模铸造过程中出现的表面积碳，皱皮和冷 隔缺陷，保证铸件的质量，适用于球墨铸铁件的消失模铸造工艺 4 0 山东大学硕士学位论文 表3 1 2球墨铸铁件对比浇注试验结果 厂方涂料本课题涂料 涂料 润湿性透气性润湿性透气性 性能 4 8 。5 6 ( x 1 0 p a )1 0 。5 2 ( x 1 0 p a ) 表面