鑄造涂料在缸體冷芯上的應用

江鈴汽車股份有限公司鑄造廠 （江西南昌 330001） 凌學炳 胡江平 甘 軼

鑄造涂料是涂敷于鑄型或砂芯表面的輔助材料，主要作用是防止鑄件粘砂，以得到表面光潔的鑄件。缸體生產過程中涂料的正確使用和規范控制，將有效地保證產品質量的穩定，對于提升整體質量水平有著重要而深遠的意義。

1.涂料的組成

任何鑄造涂料都由耐火材料骨料、載體、粘結劑、懸浮劑及添加劑等5種基本組分。耐火材料骨料是涂料的主要組分，它決定著涂料的耐火度、化學穩定性、絕熱性，對涂料的透氣性、燒結剝離性也有重要影響，是鑄造涂料質量的關鍵因子；載體的作用是將耐火骨料和粘結劑運載到鑄型表面，使之形成致密的涂料層，完成運載任務之后，需將其完全脫除；懸浮劑、粘結劑、添加劑是解決涂料在儲存或使用過程中，固體顆粒應盡可能多地呈懸浮狀態，不分層、不沉淀、不結塊，保證涂料性能均一和涂層質量的添加物質。

2.涂料的作用

由于涂料涂層的微小變化，可以改變型芯與金屬液接觸瞬間的排氣走向，所以涂料層的質量對于提高鑄件的質量有重要的作用。

涂料中的耐火骨料顆粒要比型砂顆粒細得多，涂敷涂料后，封閉了型芯表面的孔隙，使型芯表面更加致密，可以使金屬液與砂型、砂芯表面發生隔離，增加了型芯表面耐火度，減少型芯與液態金屬的接觸時間，防止金屬液滲入型芯表面內。涂料中的耐火骨料越細，排列越致密，孔隙越小，金屬液也就越不易滲入，涂料不與金屬液潤濕，金屬液不易滲入涂料層中極細小的孔隙中去，具有較高的熱化學穩定性，不與金屬液或金屬氧化物發生化學變化，因此，不會造成鑄件表面的機械粘砂和化學粘砂。然而，配制的涂料按照易剝離燒結層原理，使耐火骨料在金屬液熱作用下適度燒結并在冷卻之際能夠剝落下來，降低了鑄件的表面粗糙度值，提升鑄件表面質量。

涂層可以防止因砂芯受熱產生大量氣體侵入鑄件而形成氣孔缺陷。砂芯都有自身內部排氣系統，正常情況砂芯在與高溫金屬液接觸時，出現砂芯燒損發氣，涂層耐火骨料顆粒很細，填充砂芯表面砂粒間隙，使砂芯表面更加致密，孔隙越小，不但阻隔金屬液進入砂芯，也會隔絕砂芯燒損產生的氣體進入金屬鐵液，疏導砂芯排氣，使氣體從設置的砂芯排氣通道逸出，減少鑄件氣孔廢品。

3.涂層深度對鑄件質量的影響

我廠大件車間用三乙胺冷芯盒制芯法生產4JB1發動機缸體主體芯，冷芯原砂粒度在0.355～0.154mm（50～100目），水套芯、油道芯采用耐高溫覆膜砂熱芯盒法，所有制芯機采用全套原裝進口洛拉門迪制芯機，整芯機械手夾取，一型兩件，機械手夾取砂芯中間，涂料槽整體浸涂后進入表干爐烘干，涂料采用成品HA 3892C/2 水基涂料，波美度控制在（32±3）Be。

（1）涂料的使用工藝影響 整體浸涂工藝，涂料必須處在一個不停的攪拌過程，保持涂料的懸浮均勻性，才能有效地控制涂層的均勻性，涂料槽的攪拌力不夠會出現表層涂料濃度低、底部涂料濃度高的問題。濃度低會導致砂芯不足以形成致密的涂層，可能產生鑄件粘砂和氣孔廢品；底部涂料濃度高會造成偏離底部的水套芯和缸體缸筒掛涂太厚而出現涂料流掛，減小鑄件壁厚，降低鑄件表面質量，還可能出現滲漏廢品，以及涂層剝落，導致加工后缸筒孔眼的廢品增加。

涂料槽浸涂因機械手的夾取可能導致一些砂芯散落在涂料槽內，必須及時清理，確保涂料槽干凈清潔，可以有效地降低鑄件砂孔廢品。整芯浸涂后及時進烘爐烘干，否則可能導致涂料載體水與冷芯的樹脂組分反應，降低砂芯表面強度和涂層質量，導致鑄件粘砂或表面質量下降。沒有徹底烘干的砂芯，其發氣量會增大，涂層阻隔砂芯發氣進入金屬鐵液的能力下降，澆注氣孔廢品缺陷的傾向大。生產實踐證明，未烘干的砂芯澆注后，可使氣孔廢品上升1%～3%。

2011年，我公司鑄造車間在正常生產過程中突發缸體左側面（鑄型上面）氣孔缺陷（見附圖），且出現異常的冷隔缺陷。二者廢品合計20%左右。在排查的過程中通過提高澆注溫度，增加鑄型排氣通道，均未起到明顯效果。通過排查制芯過程，發現冷芯涂料層厚度5～10mm，局部薄壁熱芯涂料層基本貫通，整芯表面粗糙度值增大。

（2）滲透層深度的影響因素 耐火骨料粒徑大小與涂料性能有密切的聯系，耐火骨料顆粒大小和形態結構直接影響涂料滲入砂芯深度即滲透層深度。骨料越細越易往砂芯中的孔隙中滲透，容易填充砂粒間隙，形態結構越好越容易進入砂芯內部；骨料顆粒越粗大，顆粒間的孔隙越大，透氣性也就越好，但骨料顆粒太粗，涂料的涂掛性差，鑄件表面粗糙度值大，也不能形成致密的涂料層。因此，在保證涂料具有一定的懸浮性、涂掛性，以及保證鑄件表面粗糙度的情況下，盡量采用粒度較粗的耐火骨料。另外，滲透層深度還與涂料中界面活性劑的影響有關系，界面活性劑是調整涂料表面張力的物質，如果涂料的張力大于砂芯表面張力，則涂料在砂芯表面不易覆蓋與滲透；若張力過低，涂料中溶劑易滲透到砂型內部，在滲透過程中，骨料顆粒隨溶劑的滲透一起進入砂型中。

（3）滲透層深度對質量的影響 當骨料過細時滲入砂芯表面較深，液態金屬和砂芯接觸時涂料層持續發氣，后期金屬液成糊狀時，遠離砂芯表面的涂料層產生的氣體不能及時排出，因涂料滲透砂芯較深，細小的顆粒都深入砂芯內部，表面涂層主要是一些大于砂芯砂粒間隙的骨料，骨料粒度的單一不能形成良好的骨料填充，不能形成致密的涂料層，進而也不能很好地阻隔砂芯的氣體鉆入鑄型內部，沒有到達有效地疏導砂芯排氣，所以大量的氣體進入到鑄型內部，鉆入到鑄件內部形成氣孔，因排氣通道內金屬液已凝固，大量的氣孔在鑄型上方形成負壓，產生冷隔。滲透深時，即使在產生同樣多氣體時，砂型中孔隙少，易產生氣體的背壓高于鐵液壓力，氣體往鐵液中跑，也容易產生氣孔。

相關文獻認為，各種樹脂粘結砂的強度比粘土干型砂高得多，樹脂和硬化劑的用量卻很少，總量一般不超過2%，粘結橋當然就很細，且水基涂料中的水會使砂粒之間的樹脂粘結橋的強度明顯降低。因此，應避免涂料過多地滲入砂型，這就要求采用固體含量及粘度高的涂料，其滲入深度以不超過2～3個砂粒為宜，樹脂砂型表面涂料滲入的情形由于樹脂粘結砂型的強度高，與此相應也要求涂料的粘結強度高，即使滲入砂型表面很淺，也能得到堅固的涂料層。

通過綜合考慮，調整骨料粒度、形態結構和界面活性劑后，達到滲透層在1.5mm以內，有效地解決缸體氣孔問題。后續在正常控制涂料使用工藝的同時，加強對涂料滲透層的控制，能及時有效地檢測出涂料質量，使涂料能更好地在我廠缸體冷芯生產過程中得以應用。

4.結語

（1）涂料在使用過程中必須通過保持不斷攪拌，涂料槽清潔，以及砂芯涂層的干燥，來確保涂料的質量，進而保證產品質量。

（2）通過控制涂料滲透層深度不超過1.5mm，能有效地控制因涂料問題導致的產品氣孔廢品的產生。

（20130128）