Активные диффундирующие краски

Категория:
Покрытия литейных форм


Активные диффундирующие краски

Для приготовления активных диффундирующих красок в качестве легирующих элементов применяют неметаллы (серу), металлы (теллур, висмут, алюминий), а также кислородные соединения металлов и неметаллов (ванадия, бора). Последние восстанавливаются во время формирования отливки из своих окислов металлами-восстановителями, вводимыми в состав покрытия. Все эти элементы оказывают сильное действие на структуру железоуглеродистых сплавов: сотые и тысячные процента их в состоянии улучшить служебные свойства отливок. Благодаря сильному влиянию на структуру сплавов (особенно серого чугуна) поверхностное легирование этими элементами протекает стабильно.

Легирующие элементы диффундирующих покрытий отличаются от легирующих металлов и ферросплавов плавящихся покрытий тем, то они во время контакта покрытия с жидким металлом отливки находятся в газообразном сильно перегретом состоянии, близком к кипению, или атомарном виде в момент восстановления. Кроме того, элементы диффундирующих покрытий — сильно действующие модифицирующие вещества, способные изменять свойства легируемого сплава на значительную глубину при содержаниях, выражающихся всего тысячными или сотыми процента.

Сера в железоуглеродистых сплавах, как известно, считается вредной примесью, снижающей их прочностные и технологические свойства. Исследованиями установлено, что сера из формовочных смесей и покрытий, содержащих сернистые соединения, может легко проникать в поверхностные слои отливок. Однако иногда обогащение поверхности отливок серой может быть и желательным, так как сульфидированный слой имеет ряд антифрикционных свойств: повышенную износостойкость, пониженный коэффициент трения, лучшую приработку трущихся поверхностей и пр. Высокие антифрикционные свойства сульфидированных поверхностей объясняются образованием мягких сульфидов, служащих смазкой трущихся поверхностей.

Глубокий сульфидированный слой можно получить поверхностным легированием отливки в форме. Сера может быть введена в поверхностный слой отливки путем покрытия сырой формы порошком серы или порошком легкоразлагающихся соединений серы, набрызгиванием на поверхность формы расплавленной серы или покрытием формы краской, в которой огнеупорный наполнитель частично или полностью заменен серой.

М. И. Фурман рекомендует следующие составы легирующих красок:
1) 45% молотой черенковой или комовой серы, 5% жидкого стекла и 50% воды;
2) 20% молотой черенковой серы, 17% молотого сернистого железа, 5% жидкого стекла, 8% глины и 50% воды.

Сульфидирование этими красками конической пары бегунов повысило их стойкость с 2—2,5 месяцев до одного года и более.

Сульфидированные гильзы, отлитые из нелегированного чугуна СЧ 15-32, показали в 2—2,5 раза большую износостойкость, чем гильзы из низколегированного чугуна, выпускаемые серийно. Положительные результаты поверхностного легирования серой и стабильность процесса указывают на целесообразность его практического применения.

Теллур в активных диффундирующих красках был впервые применен на Горьковском автомобильном заводе. Свойства теллура отбеливать и уплотнять структуру серого чугуна были использованы для устранения усадочных рыхлот в непропиты-ваемых узлах чугунных блоков автомобиля. Поскольку эти дефекты являются следствием нарушения направленного затвердевания отливки, устранить их нельзя никакими способами выплавки чугуна, объемного легирования его или модифицирования. Дефекты успешно устраняются при помощи краски № 1 (табл. 40). Этой краской покрывают поверхности стержней, сопрягающиеся с дефектными местами отливок. Расход теллура составляет 0,005 г/см2 окрашиваемой поверхности.

Способ нанесения теллуровой краски имеет свои особенности. Эта краска, будучи нанесенной непосредственно на поверхность песчаного стержня, вызывает сильный пригар вследствие пропитывания пор стержневой смеси жидким металлом. Появление пригара объясняют тем, что чугун, легированный теллуром, имеет пониженную температуру плавления по сравнению с серым, поэтому при температуре заливки 1300—1350° С он сильно перегрет и жидкотекуч. Кроме того, чугун, легированный теллуром, смачивает кварцевый песок. Для предотвращения пригара рекомендуют наносить теллуровые краски на поверхности, предварительно окрашенные противопригарной краской, которая не смачивается чугуном. Наполнителем такой краски должен быть скрытокристаллический графит повышенного качества (зольность не более 0,5%, содержание серы не более 0,02%) или тальк.

Теллур может мигрировать при заливке формы с окрашенных поверхностей на другие участки, где поверхностное легирование чугуна не предусматривается, и вызывать там отбел или нежелательную повышенную твердость обрабатываемых поверхностей. Чтобы предотвратить это явление, теллуровые краски приготовляют на неразмягчающихся при нагреве связующих — бентоните или каолиновой глине. Рекомендуется также располагать литниковую систему так, чтобы поступающий в форму металл не размыл слой легирующей краски.

Теллуровые краски с большим эффектом применяют для получения отбеленных поверхностей чугунных отливок, работающих в условиях сильного абразивного износа. В этом случае содержание теллура в краске увеличивают до 50—75% сухих компонентов краски (краска № 2). Отбел поверхности чугунных отливок тем глубже, чем выше концентрация туллура в покрытии.

Теллуровую краску применяют для улучшения структуры рабочей поверхности чугунных изложниц. При содержании в краске 20% теллура уплотнение рабочего слоя изложниц наблюдалось на глубине до 2—3 мм. Увеличение содержания теллура до 50% способствовало увеличению толщины уплотненного слоя, и при использовании красок с содержанием 50—75% теллура наблюдался отбел поверхности на глубину 5—7 мм. Во время охлаждения отливки в форме отбеленный слой частично отжигался; полное же разложение карбидов (устранение отбела) наблюдалось после двух-трех наливов. Достигнутое уплотнение рабочего слоя изложниц повысило их стойкость.

Американская фирма «Ferrodinamic» для поверхностного легирования отливок в форме выпускает специальную ацетатную ленту и листы, покрытые теллуром и другими легирующими элементами и их соединениями. Концентрация теллура в отдельных видах лент различна и строго дозируется в г/см2 поверхности ленты. Этой лентой обклеивают формы и стержни в местах, где на отливке необходимо получить уплотнение структуры или отбел.

Бор в сером чугуне проявляет модифицирующее действие, измельчая включения графита. Известно применение модифицирующих свойств бора для измельчения структуры рабочей поверхности чугунных изложниц при литье стальных слитков с целью повышения их стойкости. Наиболее эффективные модификаторы (бура, борная кислота) при содержании их в составе активных красок 30—80% позволяют получить в изложницах слой с измельченным графитом на глубину 2—10 мм. Более перспективным материалом считается борная кислота как менее дефицитная. Экономическая эффективность применения активных красок на основе соединений бора выражается в повышении стойкости изложниц на 12%. Эффективность процесса модифицирования зависит от температуры заливки форм. При температуре заливки ниже 1170 °С процесс не идет и стойкость изложниц не повышается; при температуре заливки 1190—1200 °С стойкость изложниц повышается на 20%.

Авторы работы считают, что для успешного процесса модифицирования бором необходимо исключить захолаживающее действие активного покрытия. Для этой цели ими предложено использовать химические источники теплоты металлотермических реакций. По данным бор в виде ферробора в составе краски или припыла повышает гидроплотность отливок из латуни ЛК80-3.

Ванадий известен как сильнодействующий легирующий элемент. Добавка в углеродистые и хромоникелевые стали 0,1 — 0,2% ванадия обеспечивает мелкозернистость сталей и повышает их прочностные и пластические свойства. При содержании в стали 110Г13Л 0,15—0,30% ванадия повышается ее износостойкость благодаря выделению по границам зерен аустенита равномерно расположенных карбидов ванадия.

Проведены успешные опыты по поверхностному легированию стали 110Г13Л ванадием. Учитывая захолаживающее действие ферросплавов, ванадий вводили в состав легирующего покрытия в виде ванадиевого шлака, содержащего кислородные соединения ванадия. Из этих соединений ванадий в слое покрытия восстанавливали алюминием, взятым в избыточном количестве для связывания кислорода окислов заливаемого металла. Исследование состава стали показало, что ванадий проник в глубь отливки на 40 мм. Образцы с поверхностным легированием имели в 1,5 раза большую износостойкость.

Алюминий. В фасоно-сталелитейном производстве алюминиевые краски применяют главным образом при получении отливок из легированных и высоколегированных сталей, склонных к образованию плен, а следовательно, неровной, морщинистой литой поверхности. Восстановление окислов металла возлагается на алюминиевый наполнитель красок, а создание восстановительной атмосферы —на органические сгорающие добавки.

В сталелитейном цехе Рязанского завода кузнечно-прессового оборудования для окраски жидкостекольных форм применяют быстросохнущую краску, содержащую (% по массе): 44 алюминиевого порошка, 5 эпоксидно-диановой смолы ЭД-Л (ГОСТ 10587—76), 51 растворителя № 646 или РДВ. Плотность краски 1,18—1,19 г/см3. Смола после испарения растворителя образует на окрашенной поверхности прочную пленку и тем самым уменьшает осыпаемость стержней, а сгорая во время заливки, создает восстановительную атмосферу в полости формы. Краску применяют для получения стальных отливок с толщиной стенок 50—250 мм.

Предложена также алюминиевая краска, в которой связующим служит нитромодельная эмаль, а растворителем ацетон (% по массе): 49 алюминиевой пудры, 13 нитроэмали 624а, 38 ацетона. Плотность краски 0,85—0,9 г/см3. Краска рекомендуется для жидкостекольных форм.

Алюминиевые краски рекомендованы для улучшения качества поверхности тяжелых листовых и блюминговых изложниц с толщиной стенок 200 мм. Их наносят на горячий просушенный стержень поверх обычной коксографитовой краски в местах наибольшего разгара изложницы. В окрашенных местах на поверхности изложниц возникает пассивированный слой окиси алюминия толщиной 100—150 мкм. Этот слой предотвращает приваривание слитка к изложнице, поскольку адгезия жидкой стали к окиси алюминия значительно меньше, чем к окислам железа. Более устойчивые результаты получаются при использовании краски 1, так как алюминиевый порошок сильнее окислен, чем пудра, поскольку его приготовляют путем распыления жидкого алюминия, а пудру — истиранием.

Из-за окисления диспергированного алюминия краски не рекомендуется хранить более суток. В противном случае действие красок как восстановителей (и легирующего материала) прекращается.


Реклама:



Читать далее:



Статьи по теме:


Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум