Разработка состава покрытия для литья по выплавляемым моделям
Покрытие для литья по выплавляемым моделям должно обладать превосходными свойствами.
①. Огнестойкость: покрытие, полученное методом литья по выплавляемым моделям, обладает достаточной устойчивостью к температуре расплавленного металла и сохраняет необходимые физические свойства.
②. Воздухопроницаемость: Пары пенополистирола могут беспрепятственно выходить из слоя покрытия при определенных условиях отрицательного давления.
③. Технологичность: Легко готовится, обеспечивает хорошее покрытие и выравнивание при литье по выплавляемым моделям.
④. Свойства образования оболочки: после нагрева образует оболочку, может лопаться сама по себе при охлаждении и легко чистится.
Обычные покрытия для литья по выплавляемым моделям изготавливаются из различных сырьевых и вспомогательных материалов, в основном включающих семь основных компонентов, таких как огнеупорные заполнители, связующие вещества, суспендирующие агенты, смачивающие агенты, пеногасители, консерванты и носители. Основные компоненты покрытий для литья по выплавляемым моделям включают огнеупорные материалы, носители, связующие вещества, суспендирующие агенты, консерванты, поверхностно-активные вещества, пеногасители и т. д.
1. Огнеупорные материалы являются каркасом покрытий для литья по выплавляемым моделям, обеспечивая их термостойкость, прочность и воздухопроницаемость, что позволяет избежать дефектов, таких как прилипание песка и заусенцы, и получить гладкую поверхность. Выбор огнеупорных материалов обычно зависит от типа литьевого металла, температуры заливки, толщины детали и свойств формовочного песка. Для достижения наилучшего эффекта можно смешивать порошки одного и того же огнеупорного материала, но с разным размером частиц, или смешивать несколько разных типов порошков с разной формой частиц. При литье по выплавляемым моделям выбор огнеупорных наполнителей для покрытий в основном зависит от следующих свойств наполнителей: (1) огнеупорность; (2) плотность; (3) коэффициент теплового расширения; (4) форма частиц и распределение частиц по размерам; (5) химическая реактивность с расплавленным металлом; (6) газообразование; (7) совместимость с другими компонентами покрытия; (8) влияние на здоровье операторов и окружающую среду. К наиболее часто используемым относятся диоксид кремния, оксид алюминия, циркон, хромит, силикат алюминия и др.
1.1 Кварцевый порошок и порошок плавленого кварца
Кварцевый порошок — один из традиционных огнеупорных наполнителей. Многие производители до сих пор используют его из-за низкой цены и обилия ресурсов. Однако его огнеупорность низка, а коэффициент линейного расширения высок. Он подходит только для литых покрытий и покрытий из стали небольшого размера. Характеристики плавленого кварцевого порошка: низкий коэффициент теплового расширения, хорошая термическая стабильность, высокая устойчивость к ползучести при высоких температурах, особенно подходит для покрытий, полученных методом литья по выплавляемым моделям.
1.2 Бокситовый порошок
В последние годы боксит широко используется в покрытиях для обычной литой стали и чугуна благодаря своей высокой огнеупорности, хорошей химической стабильности, малому коэффициенту теплового расширения, обилию месторождений и низкой цене.
Химический состав боксита Al2O3+SiO2, температура спекания и содержание примесей, таких как TiO2 и Fe02O3, оказывают большое влияние на покрытие.
Размер частиц и распределение боксита являются важными факторами, влияющими на плотность и проницаемость покрытия, особенно для покрытий, полученных методом литья по выплавляемым моделям. Проницаемость покрытия, полученного методом литья по выплавляемым моделям, является важной характеристикой, отличающей его от других покрытий, полученных методом литья в песчаные формы, и позволяет беспрепятственно удалять продукты пиролиза пенопластовой формы в процессе спекания через покрытие.
Распределение частиц по размерам боксита, используемого в литье по выплавляемым моделям, следующее: от -270 до -320 меш – 78%; от -200 до -270 меш – 15%; от -100 до -200 меш – 5%; +100 меш – не более 2%. Указанное распределение частиц по размерам также применимо к гранулометрическому составу других огнеупорных наполнителей. Распределение частиц по размерам порошка боксита, используемого в литье в песчаные формы, следующее: от -270 до 320 меш, при этом концентрация составляет 96% +270 меш – не более 1%.
1.3 Порошок циркона и порошок N-3
Порошок циркона получают из циркониевого песка. Он обладает малым коэффициентом линейного расширения, хорошей термостойкостью, высокой огнеупорностью и не вступает в химические реакции с большинством сплавов при высоких температурах. Это хороший огнеупорный наполнитель, который в основном используется для литья из нержавеющей стали и высоколегированной стали. Импортный порошок циркона в основном измельчают за рубежом с помощью пневматических мельниц. Содержание ZrO02 превышает 65%, а содержание примесей низкое. Отечественный порошок циркона в основном измельчают с помощью мельниц Раймонда, и содержание примесей относительно высокое. В последние годы источники циркониевого порошка стали относительно сложными, а цена растет. Многие производители покрытий ищут альтернативные продукты вместо циркониевого порошка, чтобы снизить стоимость покрытий для литой стали.
Порошок N-3 синтезируется из нескольких природных огнеупорных материалов в определённых пропорциях и изготавливается методом электроплавки, измельчения и травления. Его огнеупорность, коэффициент линейного расширения и химическая стабильность близки к порошку циркона, и он не вступает в реакцию со щелочными оксидами, такими как Fe2O3, что благоприятно сказывается на противопесочных свойствах покрытия. Цена составляет всего 1/3 от цены порошка циркона.
1.4 Порошок магнезии и порошок форстерита
Порошок оксида магния и порошок форстерита обычно используются в качестве предпочтительных огнеупорных материалов для получения покрытий для литья щелочных сталей. Основным компонентом порошка оксида магния является спеченный блок, полученный путем обжига природного магнезита (MgCO3) посредством дробления, измельчения и магнитной сепарации. Следует обратить особое внимание на следующие моменты:
① Спеченный блок должен представлять собой так называемый обожженный блок, прокаленный при температуре 1500–1600 °C, с плотными и твердыми частицами и содержанием MgO более 90%, в противном случае покрытие будет склонно к растрескиванию во время высокотемпературной заливки.
② Спеченный блок содержит большое количество магнитных веществ, таких как железо и оксид железа. Для получения высококачественного магниевого порошка ключевым этапом является магнитная сепарация.
③) Порошок магнезии легко впитывает воду и затвердевает под воздействием влаги, поэтому следует уделять особое внимание содержанию влаги в порошке.
Содержание оксида железа в порошке форстерита следует в первую очередь контролировать, оно не должно превышать 10%. Чем меньше содержание серпентина (гидратированного силиката магния), тем лучше, как правило, не более 20%, иначе огнеупорность снизится, а потери при прокаливании и газообразование увеличатся.
1.5 Коричневый порошок корунда и белый порошок корунда
Коричневый корунд получают из боксита в качестве сырья путем высокотемпературной обработки при 2000–2400 °C. Белый корунд получают методом электроплавки и перекристаллизации порошка оксида алюминия. Его основным минералом является α-Al₂O₃, содержание алюминия в коричневом корунде превышает 94%, а в белом — 97%. Корунд обладает высокой твердостью, высокой температурой плавления, высокой теплопроводностью, хорошей термической стабильностью, не склонен к растрескиванию, обладает хорошей кислото- и щелочестойкостью. Порошок коричневого корунда подходит для нанесения покрытий на обычную литую сталь и легированную сталь методом литья по выплавляемым моделям, а порошок белого корунда часто используется в качестве композитного наполнителя для крупных покрытий из литой стали из-за своей высокой стоимости. Следует отметить, что гранулометрический состав и марка порошка корунда для абразивных и литейных покрытий непостоянны. При использовании его следует сортировать в соответствии с гранулометрическим составом огнеупорного наполнителя для покрытий.
1.6 Другие огнеупорные наполнители
Помимо упомянутых выше огнеупорных наполнителей, существуют также порошок муллита, порошок хромита, высокоалюминиевый корунд, порошок диатомитовой земли, тальк, порошок слюды, порошок полевого шпата и др. В зависимости от функциональных требований к покрытию, полученному методом литья по выплавляемым моделям, их можно выбирать как по отдельности, так и в составе смесей в качестве огнеупорных наполнителей. Вкратце, огнеупорные наполнители являются основной частью покрытия и играют решающую роль в его эффективности. При выборе огнеупорных наполнителей следует учитывать минеральный состав, чистоту, содержание примесей, гранулометрический состав и другие показатели.
В качестве носителя для покрытия, используемого при литье по выплавляемым моделям, выступает регулировка вязкости покрытия. Для покрытия, применяемого при литье по выплавляемым моделям, обычно используется вода, реже спирт, а другие органические растворители, которые могут вступать в химическую реакцию с пенообразующей моделью, использовать нельзя.
Связующее вещество скрепляет компоненты покрытия и обеспечивает сцепление покрытия с поверхностью пенопластовой модели при нанесении кистью. В качестве связующего вещества обычно используется одно или несколько органических связующих. Помимо обеспечения сцепления покрытия с поверхностью пенопластовой модели до его высыхания, связующее вещество также придает покрытию определенную прочность после высыхания и при заливке.
Основная функция суспендирующего агента заключается в образовании коллоида с носителем для суспендирования огнеупорного керамического порошка, что обеспечивает текучесть покрытия и предотвращает агрегацию и осаждение твердых частиц.
Консерванты контролируют рост бактерий и микроорганизмов в покрытии, предотвращая его гниение и разрушение.
Поверхностно-активные вещества в основном облегчают смачивание твердых частиц в процессе нанесения покрытия и способствуют лучшему смачиванию поверхности пенопластовой модели при использовании покрытия, полученного методом литья по выплавляемым моделям.
Пеногасители используются для предотвращения образования большого количества пены при производстве и использовании покрытий. Для улучшения внешнего вида и удобства в работе в покрытие также могут добавляться пигменты. Существует множество вариантов различных компонентов, но следует отметить, что некоторые компоненты взаимодействуют друг с другом, а некоторые влияют на несколько аспектов покрытия одновременно.
