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        選擇中大型鑄件抗粘砂涂料的方法

        經實踐發現澆注噸位重、壁厚大、熱量集中、鐵液保持液態時間長,鑄件表面*易氧化而產生滲透粘砂,而鑄造廠對鑄件的質量、清砂時間、清潔度等要求越來越高,發氣量、成本要求越來越低。所以澆注大型、特大型鑄件(如鑄鐵平板,鑄鐵平臺等)存在的主要問題之一是鑄件的粘砂。正是由于這種情況,對鑄型和涂料提出了更高的要求。

        一, 粘砂的形成

        粘砂的形成分兩個階段,初始金屬液滲入孔隙中產生機械粘砂;滲入的金屬液被氧化形成化學粘砂,因此一般在生產中被觀察到的粘砂都是機械滲透一化學反應的綜合性粘砂。機械粘砂:液態金屬滲入到鑄型和型芯表面的孔隙中,包覆部分砂粒,凝固以后便形成金屬陶瓷狀的粘砂層,而大型、重型鑄件粘砂主要是由于靜壓力大,滲透深度深,處于高溫液態狀的時間長,即鑄型及其涂層的過熱時間長?;瘜W粘砂是Fe的氧化作用與鑄型材料和澆注氣氛相互之間物理化學作用的結果。造型材料的顆粒在粘砂層中,即能夠同Fe的氧化物粘結,也能夠與易熔的硅酸鹽等粘結。這種粘結可以通過氧化鐵薄膜或滲入金屬與鑄件粘合在一起,即形成造型材料的熔化和鑄件表面熔焊?;瘜W粘砂又分為難剝離和易剝離的燒結層。這種粘砂與鑄型氣氛密切相關,在氧化性氣氛中形成的粘砂嚴重,而在還原性氣氛中形成的粘砂較少。所以在鑄鋼涂料中加入Al,Si、Fe 等一些吸收氧的物質能減少鑄件表面的氧化,防止鑄鋼件的皺皮等。而碳素材料、有機物類和樹脂類材料在高溫下的揮發物能形成還原性氣氛,對氧化鐵有化學惰性,并可在燒結層之間形成一層光亮碳膜,這種光亮碳膜不被金屬及金屬氧化物浸潤,使粘砂層很容易從鑄件上剝離下來,所以說粘砂也可以被稱為鐵液對鑄型的浸潤,潤濕程度越深,粘砂越嚴重。

        二,涂料的組成

        載體是耐火粉料的分散介質。一般有水基和醇基兩大類,可根據實際生產現場情況和成本考慮進行選擇;懸浮劑選用多元復配效果*好,但一般懸浮劑都是低熔點物質,所以在滿足性能的前提下,不宜多用;粘結劑采用常溫型和高溫型,重點考慮發氣量;添加劑有活性劑,主要滿足施涂手段和浸潤的要求,此外還有鑄型氣氛調節劑、偶聯劑、消泡劑、防腐劑等;助 熔劑加入到耐火骨料中的主要目的就是使之形成玻璃液相,促進燒結,使耐火骨料的結構致密化,一般有長石、稀土、鋰輝石、滑石等。耐火材料:抗鑄件粘砂仍是涂料的主要功能,而耐火粉料是砂型(芯)涂料的主體,決定著涂料的抗粘砂性能,越來越多的耐火材料被用于砂型涂料,如鋯英粉、鋁釩土、剛玉粉、鎂砂粉、鉻鐵礦粉、石墨、石英粉、地開石粉、葉蠟石粉、尖晶石、藍晶石、珠光粉等。采用新型的非金屬礦物耐火材料,合理的調整多元礦物組合、顆粒大小及粒度分布等,以提高耐火填料向鑄型內的滲透能力。因此,應選擇熱膨脹系數小、資源豐富、價格便宜、符合環保的耐火材料。在選擇時應從以下幾個方面考慮:

        (1)材料組合選擇

        由于與金屬液相接觸中,鑄型和型芯表面被加熱的溫度主要取決于鑄型材料的冷卻性能,即蓄熱系數,因此涂料采用具有較高的蓄熱能力的材料可以減輕金屬液對鑄型表面的加熱,并且減少金屬液對鑄型表面的滲透。如鉻鐵礦粉、鉻鎂礦粉、鋯英粉、鐵粉等材料,能夠改善鑄件的表面質量;而高耐火度材料如純氧化鉻、氮化硼、氮化硅、碳化鈦、碳化硅、石墨、鉻剛玉粉、鋯剛壓粉、鎂橄欖石粉等材料經組合后具有*佳的燒結性,因而具有*好的抗粘砂性。多元的粉料組合,有利于獲得涂料良好的綜合性能,尤其是高溫性能。

        (2)粒度組合

        耐火材料的粒度、粒度分布、密度選擇、比表面積確定等也非常重要,把選擇好的耐火材料的粒度從100 目到1000 目之間進行組合,可大大降低比表面積,相應地提高涂層的耐火度。要使涂料層中的粉料顆粒排列致密,*好能使較細的顆粒鑲嵌于較粗的顆粒之間,因而粒度的分布宜分散而不宜集中。不同粒度組合能減小耐火骨料的熱膨脹性,防止涂層開裂,使涂層的致密性更高,使骨料顆粒更容易燒結封閉孔隙,形成一定厚度的封閉層,防止鐵液的滲透。不同粒度組合還能調節涂料體系的耐火度,使之能達到中度燒結易剝離的狀態。但不同的鑄件,由于材料、澆注溫度、鑄型材料、重量、澆注工藝等的不同,其鑄型涂層的液相燒結點是不一樣的。因此,應對涂料優化設計。

        (3)高溫穩定性能

        高溫液態金屬澆注在涂料界面上將產生一系列復雜的高溫物理化學反應。涂層屬于一種特殊的耐高溫快速燒結的耐火材料,應具有*高的耐暴熱沖蝕性能,高的化學穩定性,防止鑄型的熔蝕反應。能在較長時間內受高溫的情況下,保證涂料封閉層的厚度和完整。

        (4)燒結性

        澆注液態金屬以后,由于高溫作用,涂料層中的粘結劑因熱解而失效,這時,涂料層強度的建立,主要依靠粉料顆粒燒結而形成致密的燒結隔離層,對改善鑄件的表面質量和減少清理的勞動量都是非常有利的。實際上,若耐火粉料在高溫下不被燒結,就不能形成足夠高的強度和致密性,也就不能承受住金屬液的沖刷和滲入,因此在設計涂料配方時應遵循一要燒結、二要剝離的原則。耐火粉料的燒結性往往比耐火度和高溫化學穩定性更為重要。而涂料體系中的耐火填料并不是耐火度越高越好,有意的加入一些長石、鋰輝石、滑石、云母、高嶺土等低熔點材料(助熔劑),能起到燒結屏蔽作用。適當組合,能降低耐火骨料的燒結點,加入這些耐火基料都具有高耐火度、低燒結溫度的特點,涂料則具有很好的燒結剝離特性,在高溫下能形成致密的陶瓷狀固相燒結層,抗粘砂性強,鑄件表面光潔度高,清砂變得更容易。

        (5)剝離性

        如果燒結層與金屬之間存在著低強度隔離層,在鑄件冷卻時,燒結層與鑄件收縮率的不同,隔離層在內應力作用下破裂,燒結層便自動剝落下來,或者燒結層含有較多玻璃相,它與鑄件收縮率相關甚大,在鑄件冷卻時,涂層內產生的內應力大于粘砂層的粘著強度,也會自動剝離下來。

        三,涂料抗粘砂作用

        (1)涂料中耐火粉料要比型(芯)砂顆粒細得多,涂刷涂料后,封閉了鑄型(芯)表面的孔隙,阻擋了金屬液滲入鑄型(芯) 表面層內,防止了鑄件機械粘砂的缺陷。

        (2)涂料中的多種耐火填料具有導熱性好,蓄熱能力大和耐火度高的特點,可減少液態金屬與鑄型的接觸時間,使液態金屬過早停止流動,從而減少液態金屬滲入鑄型孔隙的深度,防止鑄件的機械粘砂。

        (3)根據燒結性易剝離粘砂層理論,針對不同鑄件的生產特點,在涂料配制中選用適宜的耐火粉料和助熔劑,采用多元耐火材料的適當組合,以降低耐火骨料的燒結點,達到在金屬液澆注時,涂料易于燒結,形成堅固的玻璃態隔離層,有利于防止粘砂,并且在鑄件冷卻過程中,由于大型鑄件與燒結層的收縮不同,而自動剝離下來。

        四,涂料的工藝性

        配制涂料時,應根據耐火填料的物理特性來選擇合適的懸浮劑、粘結劑等輔助劑的種類及其加入量,確定體系的酸堿度和狀態,以使涂料的懸浮性、粘結性,涂刷性、流平性、透氣性、涂層強度、抗粘砂性,發氣性、導熱性、環保性和存放性等工藝參數達到較為理想的狀態。

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