鋼鐵材料擠壓鑄造專用涂料研究.pdf

1、模具壽命一直是制約非固態(tài)加壓成形技術(shù)在高熔點(diǎn)合金成形領(lǐng)域推廣應(yīng)用的限制環(huán)節(jié)。采用在非固態(tài)加壓成形模具表面噴涂涂料提高模具壽命是一種既經(jīng)濟(jì)又有效的措施。目前尚無高熔點(diǎn)合金非固態(tài)加壓成形專用涂料,因此,本文對鋼鐵材料擠壓鑄造專用涂料性能測試方法、雙層涂料體系工作原理、涂料組分設(shè)計、涂料使用條件下的物理化學(xué)行為和力學(xué)行為進(jìn)行了比較系統(tǒng)地研究,并依據(jù)這些研究成果開發(fā)出了適用于高鉻鑄鐵、高錳鋼和碳素鋼擠壓鑄造專用涂料。
　　 本文首先系統(tǒng)

2、地研究了擠壓鑄造用涂料性能測試技術(shù)。根據(jù)鋼鐵材料擠壓鑄造特點(diǎn),定義了可噴涂指數(shù)、高溫附著強(qiáng)度、抗熔焊系數(shù)等表征參量作為有效反映涂料關(guān)鍵性能的重要參數(shù)。研究確定了這些表征參量的測試方法,實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)和誤差分析均表明各測試方法可靠性高,能夠滿足實(shí)際應(yīng)用需要。
　　 通過對鋼鐵材料擠壓鑄造過程中模具工作環(huán)境的分析,提出了耐火-隔熱雙層涂料思想。該雙層涂料體系包括作為隔熱層的底層涂料和作為耐火層的表層涂料。確定底層涂料的骨料為硅藻土,表層涂

3、料的骨料根據(jù)合金材質(zhì)不同分別為鉻鐵礦粉或鎂橄欖石粉或鋁礬土。根據(jù)懸浮劑之間大的交互作用,確定了鈉基膨潤土和羧甲基纖維素鈉(CMC)組成的無機(jī)-有機(jī)復(fù)合懸浮劑。使用這種復(fù)合懸浮劑時涂料的可噴涂指數(shù)明顯高于單獨(dú)使用一種懸浮劑時的可噴涂指數(shù),而且復(fù)合懸浮劑中鈉基膨潤土的含量存在一個最佳值。該復(fù)合懸浮劑的懸浮機(jī)理屬于電吸附網(wǎng)絡(luò)橋聯(lián)機(jī)理。選擇水玻璃和六偏磷酸鈉作為底層硅藻土涂料的復(fù)合粘結(jié)劑,其中隨著水玻璃和六偏磷酸鈉質(zhì)量配比的增加,底層涂料的高溫

4、附著強(qiáng)度呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。選擇磷酸鋁和六偏磷酸鈉作為表層涂料的復(fù)合粘結(jié)劑,隨著磷酸鋁的增加三種表層涂料的高溫附著強(qiáng)度明顯增加;而隨著六偏磷酸鈉的增加,三種表層涂料的高溫附著強(qiáng)度先增加后減小。復(fù)合粘結(jié)劑對涂料的抗熔焊系數(shù)影響較為復(fù)雜,鉻鐵礦粉-硅藻土涂料的抗熔焊系數(shù)隨著磷酸鋁的增加而增大、隨著六偏磷酸鈉的增加而減小;鎂橄欖石粉-硅藻土涂料的抗熔焊系數(shù)隨著磷酸鋁、六偏磷酸鈉的增加而減小,但是磷酸鋁與六偏磷酸鈉的交互作用能增大涂料的抗熔

5、焊系數(shù):鋁礬土-硅藻土涂料的抗熔焊系數(shù)隨著磷酸鋁的增加而減小,隨著六偏磷酸鈉的增加而增大。
　　 應(yīng)用熱力學(xué)理論研究了涂料在使用條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的可能性、相變發(fā)生的方向性以及產(chǎn)物的穩(wěn)定性等問題。對鉻鐵礦粉涂料來說,為盡量避免生成低熔點(diǎn)的鐵尖晶石,要選擇Al2O3含量較少的鉻鐵礦粉作為涂料的骨料;在選擇鎂橄欖石粉時,選擇MgO/SiO2配比較高的鎂橄欖石粉作為涂料的骨料,能減少低熔點(diǎn)的頑火輝石的生成:在鋁礬土涂料中,應(yīng)選擇Al2

6、O3百分含量很高的鋁礬土作為涂料的骨料,這樣在高溫下可以生成高熔點(diǎn)的莫來石,能夠充分發(fā)揮骨料的耐火性能。
　　 從力學(xué)角度分析發(fā)現(xiàn),鋼鐵材料擠壓鑄造專用涂料涂層破壞的主要原因是熱應(yīng)力和澆注金屬熔體的機(jī)械沖擊應(yīng)力。建立了涂層破壞時的動力學(xué)模型,即當(dāng)作用于材料上的熱應(yīng)力和熔體的機(jī)械沖擊應(yīng)力大于臨界應(yīng)力時,裂紋擴(kuò)展,涂層很快斷裂發(fā)生剝落。由此得到涂層完整的力學(xué)判據(jù),通過控制涂層熱應(yīng)力和液流沖擊應(yīng)力的各影響因素使涂層強(qiáng)度符合要求。另外通

7、過觀察和測試涂層使用前后的微觀形貌和化學(xué)成分的變化,分析得到涂層的失效機(jī)理是在微裂紋基礎(chǔ)上引起的裂紋擴(kuò)展產(chǎn)生的涂層剝落。
　　 研制開發(fā)了高鉻鑄鐵擠壓鑄造用鉻鐵礦粉-硅藻土涂料、高錳鋼擠壓鑄造用鎂橄欖石粉-硅藻土涂料和碳素鋼用擠壓鑄造用鋁礬土-硅藻土涂料。與其他商品涂料相比,這三種專用涂料材料來源廣泛,價格便宜,制造成本不高。性能測試和現(xiàn)場使用結(jié)果均表明該涂料的可噴涂性、高溫抗擦落能力、抗熔焊能力以及制件質(zhì)量均達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。