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橋梁支座先燒后澆特種消失模涂料的研究

 
李立新

(河北科技大學 材料科學與工程學院,河北 石家莊  050018)

摘 要YZM系列圓柱面支座是一種新型鐵路橋梁鋼支座,采用消失模鑄造工藝生產鐵路橋梁鋼支座有許多優點。介紹了模樣燃燒消失空型殼消失模鑄造的工藝過程,研究了燃燒除碳法的模樣材料性質、涂料、真空負壓等主要因素的影響。河北科技大學新研制的高強度水基涂料成為關鍵。

關鍵詞消失模鑄造;鋼支座;模型燃燒

 

1 前言

中國鐵路運輸正向著重載高速的方向發展。我國鐵路橋梁使用的支座主要為弧型支座、搖軸支座、輥軸支座和盆式橡膠支座,這些支座或多或少存在著一些不足之處。YZM系列圓柱面鋼支座是一種以面接觸傳遞豎向荷載的新型鐵路橋梁支座,支座以圓柱面之間的轉動和平面之間的滑動組合來協調橋梁上部結構因受力、溫度變化等原因產生的變形 [1]。在青藏鐵路、膠新鐵路、宣杭鐵路和寧啟鐵路等鐵路線建設中,YZM系列圓柱面支座得到大量的應用。橋梁支座可靠性將直接影響橋梁結構的安全度和耐久性,因此,對支座的鑄造質量提出了很高要求。

采用消失模鑄造工藝生產鐵路橋梁鋼支座有許多優點。但是,消失模鑄鋼件的增碳等問題是我國鑄造企業面臨的共同難題,尤其是對力學性能要求高的鑄鋼件[2]。因此,必須解決橋梁支座鑄鋼件的增碳問題,才能使消失模鑄鋼技術向生產力學性能要求高的零部件方向發展。

EPS消失模鑄件的增碳缺陷,一直是困擾消失模大規模工業應用和發展的障礙。即使是有50年消失模歷史的美國也沒有完全解決消失模鑄鋼件增碳問題[3]。在干砂負壓條件下把EPS模型燃燒成空殼或接近于空殼,而后澆注出無增碳缺陷或微增碳缺陷的精良鑄件,這就是消失模“先燒后澆空殼鑄造法”。采用消失模先燒后澆空殼鑄造方法,由于模型在澆注以前燃燒掉,因此,模型材料的選用、模型制作、真空度等參數不同。采用“先燒后澆空殼鑄造”方法必須正確選擇模型材料、涂料、模型燃燒方法、負壓等。

2 涂料的選擇

涂料在“先燒后澆空殼鑄造法”中是非常關鍵的因素,涂料層在澆注時將金屬液與鑄型隔離,防止鋼水滲入型砂產生粘砂、砂眼等缺陷。在負壓條件下燒成空殼過程中,涂料必須經得起高溫燒烤,因此必須采用高強度、耐燒耐高溫和透氣性、抗裂性良好的涂料,由于鋼水溫度高,金屬液對鑄型涂料的熱作用較強,如果涂料性能差而經不起燒烤,會出現大量表面粘砂、包砂、掉涂料塊等缺陷。

采用的河北科技大學新研制的高強度水基涂料具有良好的懸浮性、涂刷性、觸變性、吸著性、透氣性,高強度的涂層耐磨、抗裂并略有彈性;能有效改善各類燒結型耐火骨料的燒結性能和抗粘砂、抗夾砂、抗熱裂性能,澆注后易使涂層成片與鑄件分離剝落,極易清理;用于消失模鑄件的骨料粉粒度宜選用180260目。涂料采用浸涂的方法,為了保證模型燃燒過程不出問題,必須保證涂層厚度大于2mm。

3 模型燃燒及負壓選擇

消失模“先燒后澆空殼鑄造”工藝的具體方法是,把橋梁支座模型組成模型簇,模型頂部設置排氣冒口和通氣孔,模型裝入砂箱振動緊實后,澆注前用特制的“氧槍”在真空負壓環境下通過澆注系統引燃泡沫模樣,引燃后增大“氧槍”的輸氧量,使氧氣在真空負壓作用下能順利進入型腔,加速泡沫模樣燃燒,燃燒產物通過冒口通氣孔排出型腔。由于澆注過程中泡沫通過燃燒“消失”接近于空殼,可有效地消除鑄件的氣孔及碳分布不均勻缺陷,也有利于避免嗆火現象產生。

操作過程中只要負壓保持在0.03MPa以上就不會塌垮,因為砂型空腔在真空作用下,其所受力方向是由里向外且與涂層殼層平面幾乎垂直,空殼涂料層貼緊在干砂壁面上。

澆注完畢之后,鋼液在型中處于液固相共存區時即可割破箱頂上的薄膜,打破真空狀態,讓冷空氣流吸入箱內加快鑄件的冷卻速度,對于提高生產效率、細化橋梁支座鑄件表面晶粒、抑制表面滲碳、促進涂層脫落都是行之有效的。

 

4 結 論

橋梁支座鑄鋼件采用河北科技大學新研制的高強度水基涂料,實現“先燒后澆空殼”消失模鑄造工藝,完全可以解決鑄鋼件生產過程出現的增碳、表面粘砂、夾砂等缺陷,制造出高質量合格的鑄件。橋梁支座采用負壓條件下先燒后澆空殼鑄造技術簡單、易行,可以達到減小機加工余量、提高生產效率、改善勞動環境、降低綜合生產成本的目的。

 

李立新(1966-),男,河北科技大學,碩士,副教授,主要從事消失模鑄造;

中國鑄造協會消失模分會   副秘書長

電話:13180083786,E-maillicad2002@163.com

 

郵政編碼:050018

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