砂型鑄造涂料透氣性檢測技術(shù)研究

李 娜，伍啟華，黃小帥，張文強

（濰柴動力股份有限公司，山東濰坊 261061）

隨著鑄造技術(shù)水平的不斷發(fā)展，鑄件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度越來越高，并且行業(yè)對鑄件質(zhì)量的要求不斷提升，這給鑄造涂料各方面的性能也提出了越來越高的要求。當前砂型鑄造涂料的技術(shù)要求主要參照行業(yè)標準JB/T9226-2008《砂型鑄造用涂料》[1]，該標準中規(guī)定了密度、條件粘度、懸浮性、耐磨性、發(fā)氣量以及高溫暴熱裂紋等級等性能指標和檢驗方法，但對于涂料透氣性的檢測和技術(shù)要求仍然缺乏行業(yè)統(tǒng)一的標準。文獻[2-4]中有關(guān)涂料透氣性的相關(guān)探討也基本是針對消失模涂料，鮮見關(guān)于砂型用鑄造涂料透氣性的研究報道。

1 試驗對象

本公司鑄造業(yè)務(wù)板塊致力于高速柴油機機體缸蓋等關(guān)重鑄件的生產(chǎn)，均采用砂芯預(yù)組后整體浸涂水基涂料的工藝，涂料使用行業(yè)內(nèi)比較權(quán)威的A、B 兩個廠家的硅酸鹽基水基涂料。為適應(yīng)我公司機體、缸蓋砂芯尺寸及結(jié)構(gòu)等方面的差異性，兩個廠家分別對應(yīng)開發(fā)了滲透性相對強的機體涂料和滲透性相對弱的缸蓋涂料兩種型號。即本試驗檢測對比了A 機體涂料、A 缸蓋涂料、B 機體涂料、B 缸蓋涂料四種。

2 試驗儀器及工具

涂料透氣性試驗檢測過程中用到的儀器主要有覆膜砂制樣機、電烘箱、電子天平及透氣性測定儀，工具主要有270 目不銹鋼篩網(wǎng)、千分尺、?50 mm×50 mm 芯盒工裝以及兩種類型的透氣性檢測專用套筒，如圖1 所示。

圖1 涂料透氣性檢測用儀器工具

圖2 涂料透氣性與密度的關(guān)系

3 試驗方法

結(jié)合之前關(guān)于涂料透氣性的測試研究，本研究中采用了兩種試驗檢測方法。第一種采用文獻[2]中的篩網(wǎng)法，即將270 目不銹鋼篩網(wǎng)裁制成?60 mm 圓片，浸于調(diào)好狀態(tài)的涂料中，取出瀝干，放置于電烘箱中烘干，冷卻后用千分尺測量并記錄篩網(wǎng)涂層厚度，將帶有涂料層的篩網(wǎng)放入I 型套筒中，將上下套筒夾緊密封后，放置在透氣性測定儀上進行檢測。

第二種為標準試樣涂覆法，試樣為用覆膜砂制樣機射砂成型的?50 mm×50 mm 覆膜砂樣，將試樣浸涂特定密度的涂料后，放置于電烘箱中烘干涂料層，試樣放入II 型套筒中，用手動氣囊充氣使得內(nèi)層橡膠墊與試樣周圈表面緊密貼合，將套筒放置在透氣性測定儀上進行檢測。

4 試驗結(jié)果分析

用篩網(wǎng)法檢測四種涂料的透氣性結(jié)果見表1。

表1 涂料透氣性檢測結(jié)果（篩網(wǎng)法）

從檢測數(shù)據(jù)可以得出，涂料的篩網(wǎng)厚度與涂料密度成正比。對于每一種涂料而言，涂料的透氣性隨涂料密度和涂層厚度的增加而下降，因此對比不同涂料之間透氣性的差異，應(yīng)當建立在特定密度或涂層厚度的基礎(chǔ)之上。在特定涂料密度下，不同種類涂料的透氣性數(shù)據(jù)之間存在較大差異，試驗的四種涂料透氣性規(guī)律為：A 機體涂料＞A缸蓋涂料＞B 機體涂料＞B 缸蓋涂料。A、B 兩個廠家相比，A 廠家涂料的透氣性明顯高于B 廠家的涂料，且就同一廠家的涂料來講，機體涂料的透氣性均高于缸蓋涂料的透氣性。

用標準試樣涂覆法進行的檢測，特意采用了三種不同類型的覆膜砂標準試樣，這三種覆膜砂因粒度分布不同，本身在透氣性方面就存在一定差異。四種涂料密度采用實際生產(chǎn)使用的密度中值1.21 g/cm3，浸涂后的涂料層干態(tài)厚度基本在0.300～0.325 mm，透氣性測試結(jié)果見表2。

表2 涂料透氣性檢測結(jié)果（標準試樣涂覆法） （cm4·g-1·min-1）

這種測試方法下，通過對比試樣涂覆涂料前后的透氣性，可以非常直觀地反映涂料層對砂芯透氣性的影響。無論哪一種涂料層，都顯著降低了砂芯本身的透氣性。對于某一種特定涂料而言，雖然在涂覆前三種覆膜砂的砂芯透氣性從112 到198 不等，但是經(jīng)涂覆涂料后，三種砂芯的透氣性基本會降低到非常相近的水平，這說明涂料層本身的透氣性對砂芯的常溫透氣性起到了決定性作用。從數(shù)據(jù)也可以區(qū)分出不同涂料種類之間的透氣性差異，A 機體涂料透氣性高于A 缸蓋涂料，B廠家涂料涂覆后砂芯在常溫狀態(tài)下透氣性為零，呈現(xiàn)出基本不透氣的狀態(tài)，該方法下呈現(xiàn)的不同涂料的透氣性規(guī)律與篩網(wǎng)法是一致的。

5 生產(chǎn)應(yīng)用探討

涂層的透氣性對金屬液的充型和鑄件的內(nèi)部質(zhì)量有著直接的影響。對于砂型鑄造來講，業(yè)內(nèi)普遍認為砂芯涂料應(yīng)使用封閉型的涂料，也就是透氣性差的涂料，旨在使砂芯在澆注凝固過程中產(chǎn)生的氣體按照工藝設(shè)計的通道，也就是通過砂芯排氣通道和冒口排出。在我們的實際生產(chǎn)中，缸蓋砂芯整體浸涂使用B 缸蓋涂料時曾遇到以下現(xiàn)象，在缸蓋氣道及水道內(nèi)壁出現(xiàn)與鑄件主體分離的鐵皮，如圖3 所示。

圖3 缸蓋氣道內(nèi)壁鐵皮缺陷

針對上述缺陷，雖未查閱到相關(guān)的研究先例和理論支撐，但結(jié)合我們的生產(chǎn)實際驗證結(jié)果看，換用透氣性較好的A 缸蓋涂料是解決該缺陷的有效途徑。這種現(xiàn)象或許與文獻[4]中描述的涂料透氣性低，造成金屬液前沿氣隙壓力高，從而影響金屬液流動和充型的觀點有關(guān)。因此筆者認為對于砂型鑄造來講，涂層的透氣性并非越小越好，需要與砂芯本身的發(fā)氣、透氣特性及鐵水的凝固過程良好匹配。

6 結(jié)論與展望

（1）本文提出的篩網(wǎng)法以及標準試樣涂覆法均能有效檢測對比涂料常溫透氣性，標準試樣涂覆法更能直觀反映涂料層對砂芯透氣性的影響。

（2）涂料的常溫透氣性隨涂料層厚度的增加而下降。

（3）涂料層的存在會顯著降低砂芯的透氣性，且涂料本身的透氣性對砂芯的常溫透氣性起到了決定性作用，有的涂料產(chǎn)品可完全阻隔砂芯氣體的溢出，使得砂芯透氣性趨于零。

（4）涂料的種類及組分構(gòu)成直接影響涂料的透氣性，相同種類的涂料，其透氣性與滲透性之間呈正相關(guān)關(guān)系。

雖然本文在涂料常溫透氣性方面做了一些探索和分析，但還不能真實反映涂層在鑄件實際澆注凝固過程中的透氣性變化規(guī)律。涂料透氣性如何影響砂芯的發(fā)氣和排氣的過程，如何影響鐵水流動充型以及鑄件氣孔等缺陷仍然需要鑄造工作者深入研究。