鑄鋼件增碳會降低斷面收縮率、伸長率,惡化塑性和韌性。低碳鋼鑄件表層增碳還會導(dǎo)致硬度增加、機加工困難、焊接性能下降等問題。低碳不銹鋼鑄件表層增碳還會使其抗腐蝕能力下降。低碳鋼鑄件的防滲碳問題是近年來的研究熱點。

　　低碳鋼鑄件表層增碳的產(chǎn)生原因主要是:在鋼液澆注和鑄件凝固過程中,樹脂砂型(芯)工作表層和涂料中的樹脂等有機物發(fā)生熱分解,產(chǎn)物為CO、CO2、CH4及少量H2,還有一定量的熱解碳;這些含碳熱解產(chǎn)物通過砂型(芯)/鑄件界面向鑄件表層擴散和滲透,導(dǎo)致鑄件表層增碳。

　　由此推測:在砂型(芯)工作表面涂敷一層在高溫下能形成一定厚度的致密燒結(jié)玻璃體的涂料,對于防止低碳鋼表層增碳應(yīng)是一種簡便、有效的方法。為此,我們開展了低碳鋼鑄件防滲碳涂料的開發(fā)與應(yīng)用研究。

　　1低碳鋼鑄件防滲碳涂料的成分設(shè)計

　　新型低碳不銹鋼鑄件防滲碳涂料主要由耐火基料、粘結(jié)劑、溶劑、分散懸浮劑和其它附加物(燒結(jié)助劑、消泡劑、潤濕劑、減水劑、固化劑、流平劑等)組成。

　　1.1耐火粉料

　　低碳不銹鋼鑄件防滲碳涂料不僅要求涂層燒結(jié)致密,而且要求具有良好的防粘砂效果。按照“涂料燒結(jié)剝離防粘砂”理論,粉料的耐火度不必要求過高,主要應(yīng)考慮耐火粉料自身或與涂料中其它組分之間及與砂型基體之間的反應(yīng)燒結(jié)性,此時要求其燒結(jié)點接近鑄造合金的澆注溫度,能在澆注過程中生成新相或產(chǎn)生輕度燒結(jié),或完全熔融,涂料層呈陶瓷態(tài)或高粘度的玻璃態(tài),能抵抗金屬液滲透,并且冷卻后易于與鑄件剝離,得到表面光潔的鑄件,這種涂料稱之為燒結(jié)剝離型涂料。燒結(jié)剝離型涂料的耐火粉料一般為復(fù)合型,即由多種能在金屬液澆注溫度下相互燒結(jié)的粉料構(gòu)成,也可在一種粉料的基礎(chǔ)上添加相應(yīng)的助熔劑(或氧化劑),以使粉料產(chǎn)生適度燒結(jié)和熔融。

　　按照“涂料燒結(jié)致密防滲碳”理論,燒結(jié)致密的涂料剛好能作為砂型(芯)工作表面的屏蔽層,阻擋來自砂型(芯)的C與金屬液反應(yīng),或者通過氣相或固相擴散進入金屬液,從而避免鑄鋼件產(chǎn)生增C等缺陷。

　　獲得在高溫下高致密、具有良好屏蔽性的涂層的方法有:

　　(1)使用燒結(jié)溫度比金屬的澆注溫度低50~100℃,能發(fā)生輕度燒結(jié)的耐火材料,以形成致密的涂層。

　　(2)在涂料耐火骨料中配入某些助熔成分,在澆注溫度下適度熔融,形成一層致密無縫的玻璃體。

　　(3)選用細(xì)粒度的耐火粉料。一般要求粉料粒度能全部過325目(40μm),其中<10μm的應(yīng)占15%~20%為宜。

　　根據(jù)以上分析,為了同時保證低碳不銹鋼鑄件防滲碳和防粘砂的雙重效果,我們采用鋯英粉作為本涂料的耐火基料。

　　鋯英粉的熔點隨所含雜質(zhì)的不同而在2190~2430℃內(nèi)波動,但在1540℃時可熱分解為ZrO2和SiO2,并開始燒結(jié)(SiO2的熔點較低),具有一定的自燒結(jié)性。因此鋯英砂的燒結(jié)溫度與熔化溫度之間有一個較寬的溫度區(qū)間,這有利于它在金屬液澆注后產(chǎn)生燒結(jié)剝離,使鑄件表面容易清理。鋯英粉還幾乎不被熔融金屬或金屬氧化物浸潤,有利于阻止金屬液侵入鑄型孔隙,可減少機械粘砂缺陷。另外,鋯英粉在高溫下表現(xiàn)為中性至弱酸性,與堿性渣反應(yīng)緩慢,熱化學(xué)穩(wěn)定性高,可防止化學(xué)粘砂缺陷。

　　鋯英粉還應(yīng)有合理的粒度分布。粒度過粗,涂料層粗糙,而且懸浮性和滲透性不好;過細(xì),則涂層抗裂性差。其粒度分布應(yīng)在合適的粒徑范圍內(nèi)呈較大的分散度,以充分利用粗細(xì)粒子的相互鑲嵌作用,得到致密的涂層,提高其抗金屬液滲透能力和抗?jié)B碳能力。我們采用325目鋯英粉作為本涂料的耐火基料,

　　其中粒徑小于10μm的微細(xì)粒子大于15%。為了根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)條件(重量、壁厚等)和生產(chǎn)條件(材質(zhì)、澆注溫度等)調(diào)整鋯英砂的燒結(jié)溫度范圍,本涂料還外加適量的某種助熔劑。該助熔劑在超過1000℃后可發(fā)生熱分解,產(chǎn)生一種高溫化學(xué)穩(wěn)定性好的還原性氣體。這種還原性氣體能避免砂型(芯)/鑄件界面的含碳物質(zhì)與鋼液接觸,防止界面鋼液層吸碳,從而有效地減輕或消除鑄件表面滲碳。