李 娜，伍啟華，黃小帥，張文強(qiáng)

（濰柴動(dòng)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(lái)越高，并且行業(yè)對(duì)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(lái)越高的要求。當(dāng)前砂型鑄造涂料的技術(shù)要求主要參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T9226-2008《砂型鑄造用涂料》[1]，該標(biāo)準(zhǔn)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(jí)等性能指標(biāo)和檢驗(yàn)方法，但對(duì)于涂料透氣性的檢測(cè)和技術(shù)要求仍然缺乏行業(yè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。文獻(xiàn)[2-4]中有關(guān)涂料透氣性的相關(guān)探討也基本是針對(duì)消失模涂料，鮮見(jiàn)關(guān)于砂型用鑄造涂料透氣性的研究報(bào)道。

1 試驗(yàn)對(duì)象

本公司鑄造業(yè)務(wù)板塊致力于高速柴油機(jī)機(jī)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(gè)廠家的硅酸鹽基水基涂料。為適應(yīng)我公司機(jī)體、缸蓋砂芯尺寸及結(jié)構(gòu)等方面的差異性，兩個(gè)廠家分別對(duì)應(yīng)開(kāi)發(fā)了滲透性相對(duì)強(qiáng)的機(jī)體涂料和滲透性相對(duì)弱的缸蓋涂料兩種型號(hào)。即本試驗(yàn)檢測(cè)對(duì)比了A 機(jī)體涂料、A 缸蓋涂料、B 機(jī)體涂料、B 缸蓋涂料四種。

2 試驗(yàn)儀器及工具

涂料透氣性試驗(yàn)檢測(cè)過(guò)程中用到的儀器主要有覆膜砂制樣機(jī)、電烘箱、電子天平及透氣性測(cè)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(lèi)型的透氣性檢測(cè)專(zhuān)用套筒，如圖1 所示。

圖1 涂料透氣性檢測(cè)用儀器工具

圖2 涂料透氣性與密度的關(guān)系

3 試驗(yàn)方法

結(jié)合之前關(guān)于涂料透氣性的測(cè)試研究，本研究中采用了兩種試驗(yàn)檢測(cè)方法。第一種采用文獻(xiàn)[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(cè)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(cè)定儀上進(jìn)行檢測(cè)。

第二種為標(biāo)準(zhǔn)試樣涂覆法，試樣為用覆膜砂制樣機(jī)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(dòng)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(cè)定儀上進(jìn)行檢測(cè)。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

用篩網(wǎng)法檢測(cè)四種涂料的透氣性結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 涂料透氣性檢測(cè)結(jié)果（篩網(wǎng)法）

從檢測(cè)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(duì)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(duì)比不同涂料之間透氣性的差異，應(yīng)當(dāng)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(lèi)涂料的透氣性數(shù)據(jù)之間存在較大差異，試驗(yàn)的四種涂料透氣性規(guī)律為：A 機(jī)體涂料＞A缸蓋涂料＞B 機(jī)體涂料＞B 缸蓋涂料。A、B 兩個(gè)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(lái)講，機(jī)體涂料的透氣性均高于缸蓋涂料的透氣性。

用標(biāo)準(zhǔn)試樣涂覆法進(jìn)行的檢測(cè)，特意采用了三種不同類(lèi)型的覆膜砂標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 涂料透氣性檢測(cè)結(jié)果（標(biāo)準(zhǔn)試樣涂覆法） （cm4·g-1·min-1）

這種測(cè)試方法下，通過(guò)對(duì)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(duì)砂芯透氣性的影響。無(wú)論哪一種涂料層，都顯著降低了砂芯本身的透氣性。對(duì)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(huì)降低到非常相近的水平，這說(shuō)明涂料層本身的透氣性對(duì)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(lèi)之間的透氣性差異，A 機(jī)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(duì)金屬液的充型和鑄件的內(nèi)部質(zhì)量有著直接的影響。對(duì)于砂型鑄造來(lái)講，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)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(guò)程中產(chǎn)生的氣體按照工藝設(shè)計(jì)的通道，也就是通過(guò)砂芯排氣通道和冒口排出。在我們的實(shí)際生產(chǎn)中，缸蓋砂芯整體浸涂使用B 缸蓋涂料時(shí)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(duì)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(shí)際驗(yàn)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(xiàn)[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(dòng)和充型的觀點(diǎn)有關(guān)。因此筆者認(rèn)為對(duì)于砂型鑄造來(lái)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(guò)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(biāo)準(zhǔn)試樣涂覆法均能有效檢測(cè)對(duì)比涂料常溫透氣性，標(biāo)準(zhǔn)試樣涂覆法更能直觀反映涂料層對(duì)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(huì)顯著降低砂芯的透氣性，且涂料本身的透氣性對(duì)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(lèi)及組分構(gòu)成直接影響涂料的透氣性，相同種類(lèi)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(shí)反映涂層在鑄件實(shí)際澆注凝固過(guò)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(guò)程，如何影響鐵水流動(dòng)充型以及鑄件氣孔等缺陷仍然需要鑄造工作者深入研究。