铸造涂料在缸体冷芯上的应用

2013-08-28江铃汽车股份有限公司铸造厂江西南昌330001凌学炳胡江平

金属加工(热加工) 2013年5期

江铃汽车股份有限公司铸造厂（江西南昌 330001）凌学炳胡江平甘轶

铸造涂料是涂敷于铸型或砂芯表面的辅助材料，主要作用是防止铸件粘砂，以得到表面光洁的铸件。缸体生产过程中涂料的正确使用和规范控制，将有效地保证产品质量的稳定，对于提升整体质量水平有着重要而深远的意义。

1.涂料的组成

任何铸造涂料都由耐火材料骨料、载体、粘结剂、悬浮剂及添加剂等5种基本组分。耐火材料骨料是涂料的主要组分，它决定着涂料的耐火度、化学稳定性、绝热性，对涂料的透气性、烧结剥离性也有重要影响，是铸造涂料质量的关键因子；载体的作用是将耐火骨料和粘结剂运载到铸型表面，使之形成致密的涂料层，完成运载任务之后，需将其完全脱除；悬浮剂、粘结剂、添加剂是解决涂料在储存或使用过程中，固体颗粒应尽可能多地呈悬浮状态，不分层、不沉淀、不结块，保证涂料性能均一和涂层质量的添加物质。

2.涂料的作用

由于涂料涂层的微小变化，可以改变型芯与金属液接触瞬间的排气走向，所以涂料层的质量对于提高铸件的质量有重要的作用。

涂料中的耐火骨料颗粒要比型砂颗粒细得多，涂敷涂料后，封闭了型芯表面的孔隙，使型芯表面更加致密，可以使金属液与砂型、砂芯表面发生隔离，增加了型芯表面耐火度，减少型芯与液态金属的接触时间，防止金属液渗入型芯表面内。涂料中的耐火骨料越细，排列越致密，孔隙越小，金属液也就越不易渗入，涂料不与金属液润湿，金属液不易渗入涂料层中极细小的孔隙中去，具有较高的热化学稳定性，不与金属液或金属氧化物发生化学变化，因此，不会造成铸件表面的机械粘砂和化学粘砂。然而，配制的涂料按照易剥离烧结层原理，使耐火骨料在金属液热作用下适度烧结并在冷却之际能够剥落下来，降低了铸件的表面粗糙度值，提升铸件表面质量。

涂层可以防止因砂芯受热产生大量气体侵入铸件而形成气孔缺陷。砂芯都有自身内部排气系统，正常情况砂芯在与高温金属液接触时，出现砂芯烧损发气，涂层耐火骨料颗粒很细，填充砂芯表面砂粒间隙，使砂芯表面更加致密，孔隙越小，不但阻隔金属液进入砂芯，也会隔绝砂芯烧损产生的气体进入金属铁液，疏导砂芯排气，使气体从设置的砂芯排气通道逸出，减少铸件气孔废品。

3.涂层深度对铸件质量的影响

我厂大件车间用三乙胺冷芯盒制芯法生产4JB1发动机缸体主体芯，冷芯原砂粒度在0.355～0.154mm（50～100目），水套芯、油道芯采用耐高温覆膜砂热芯盒法，所有制芯机采用全套原装进口洛拉门迪制芯机，整芯机械手夹取，一型两件，机械手夹取砂芯中间，涂料槽整体浸涂后进入表干炉烘干，涂料采用成品HA 3892C/2 水基涂料，波美度控制在（32±3）Be。

（1）涂料的使用工艺影响整体浸涂工艺，涂料必须处在一个不停的搅拌过程，保持涂料的悬浮均匀性，才能有效地控制涂层的均匀性，涂料槽的搅拌力不够会出现表层涂料浓度低、底部涂料浓度高的问题。浓度低会导致砂芯不足以形成致密的涂层，可能产生铸件粘砂和气孔废品；底部涂料浓度高会造成偏离底部的水套芯和缸体缸筒挂涂太厚而出现涂料流挂，减小铸件壁厚，降低铸件表面质量，还可能出现渗漏废品，以及涂层剥落，导致加工后缸筒孔眼的废品增加。

涂料槽浸涂因机械手的夹取可能导致一些砂芯散落在涂料槽内，必须及时清理，确保涂料槽干净清洁，可以有效地降低铸件砂孔废品。整芯浸涂后及时进烘炉烘干，否则可能导致涂料载体水与冷芯的树脂组分反应，降低砂芯表面强度和涂层质量，导致铸件粘砂或表面质量下降。没有彻底烘干的砂芯，其发气量会增大，涂层阻隔砂芯发气进入金属铁液的能力下降，浇注气孔废品缺陷的倾向大。生产实践证明，未烘干的砂芯浇注后，可使气孔废品上升1%～3%。

2011年，我公司铸造车间在正常生产过程中突发缸体左侧面（铸型上面）气孔缺陷（见附图），且出现异常的冷隔缺陷。二者废品合计20%左右。在排查的过程中通过提高浇注温度，增加铸型排气通道，均未起到明显效果。通过排查制芯过程，发现冷芯涂料层厚度5～10mm，局部薄壁热芯涂料层基本贯通，整芯表面粗糙度值增大。

（2）渗透层深度的影响因素耐火骨料粒径大小与涂料性能有密切的联系，耐火骨料颗粒大小和形态结构直接影响涂料渗入砂芯深度即渗透层深度。骨料越细越易往砂芯中的孔隙中渗透，容易填充砂粒间隙，形态结构越好越容易进入砂芯内部；骨料颗粒越粗大，颗粒间的孔隙越大，透气性也就越好，但骨料颗粒太粗，涂料的涂挂性差，铸件表面粗糙度值大，也不能形成致密的涂料层。因此，在保证涂料具有一定的悬浮性、涂挂性，以及保证铸件表面粗糙度的情况下，尽量采用粒度较粗的耐火骨料。另外，渗透层深度还与涂料中界面活性剂的影响有关系，界面活性剂是调整涂料表面张力的物质，如果涂料的张力大于砂芯表面张力，则涂料在砂芯表面不易覆盖与渗透；若张力过低，涂料中溶剂易渗透到砂型内部，在渗透过程中，骨料颗粒随溶剂的渗透一起进入砂型中。

（3）渗透层深度对质量的影响当骨料过细时渗入砂芯表面较深，液态金属和砂芯接触时涂料层持续发气，后期金属液成糊状时，远离砂芯表面的涂料层产生的气体不能及时排出，因涂料渗透砂芯较深，细小的颗粒都深入砂芯内部，表面涂层主要是一些大于砂芯砂粒间隙的骨料，骨料粒度的单一不能形成良好的骨料填充，不能形成致密的涂料层，进而也不能很好地阻隔砂芯的气体钻入铸型内部，没有到达有效地疏导砂芯排气，所以大量的气体进入到铸型内部，钻入到铸件内部形成气孔，因排气通道内金属液已凝固，大量的气孔在铸型上方形成负压，产生冷隔。渗透深时，即使在产生同样多气体时，砂型中孔隙少，易产生气体的背压高于铁液压力，气体往铁液中跑，也容易产生气孔。

相关文献认为，各种树脂粘结砂的强度比粘土干型砂高得多，树脂和硬化剂的用量却很少，总量一般不超过2%，粘结桥当然就很细，且水基涂料中的水会使砂粒之间的树脂粘结桥的强度明显降低。因此，应避免涂料过多地渗入砂型，这就要求采用固体含量及粘度高的涂料，其渗入深度以不超过2～3个砂粒为宜，树脂砂型表面涂料渗入的情形由于树脂粘结砂型的强度高，与此相应也要求涂料的粘结强度高，即使渗入砂型表面很浅，也能得到坚固的涂料层。

通过综合考虑，调整骨料粒度、形态结构和界面活性剂后，达到渗透层在1.5mm以内，有效地解决缸体气孔问题。后续在正常控制涂料使用工艺的同时，加强对涂料渗透层的控制，能及时有效地检测出涂料质量，使涂料能更好地在我厂缸体冷芯生产过程中得以应用。