特種鑄造2第二章_熔模鑄造

1、 熔模鑄造的發(fā)展史可以追溯到4000年前，埃及、中國和印度是最早起源的國家。 曾侯乙尊盤發(fā)發(fā)展展概概況況發(fā)發(fā)展展概概況況發(fā)發(fā)展展概概況況發(fā)發(fā)展展概概況況 所謂熔模精密鑄造工藝，簡單說就是用易熔材料所謂熔模精密鑄造工藝，簡單說就是用易熔材料（如蠟料或塑料）制成可熔性模型（簡稱熔?；蚰＃ㄈ缦灹匣蛩芰希┲瞥煽扇坌阅Ｐ停ê喎Q熔模或模型），在其上涂覆若干層特制的耐火涂料，經(jīng)過硬型），在其上涂覆若干層特制的耐火涂料，經(jīng)過硬化形成整體型殼，熔掉模型，焙燒后澆入金屬液而化形成整體型殼，熔掉模型，焙燒后澆入金屬液而得到鑄件。得到鑄件。定義定義2.1 概述：熔模鑄造的原理及特點2.1.1 原理：熔模鑄造就是在蠟?zāi)?/p>

2、（也可用樹脂模）表面涂覆多層耐火材料，待硬化干燥后，加熱將蠟?zāi)Ｈ刍?，而獲得具有與蠟?zāi)Ｐ螤钕鄳?yīng)形狀的型殼，再經(jīng)焙燒之后進(jìn)行澆注而獲得鑄件的一種方法，故又稱為失蠟鑄造失蠟鑄造（Lost Wax Casting）。 由于用這種方法獲得的鑄件具有較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度值，故又稱為熔模精密鑄造（Investment Casting）。概述 典型的熔模鑄造產(chǎn)品 熔模鑄造特別適合于生產(chǎn)尺寸精度要求高尺寸精度要求高，表面粗糙度值低，形狀復(fù)雜形狀復(fù)雜的鑄件，合金材料不受限制。 典型的產(chǎn)品主要有：定向凝固和單晶鑄件、整流器、汽輪機(jī)葉片、靜葉片、熱交換器等。發(fā)發(fā)展展概概況況概述發(fā)發(fā)展展概概況況2.1.2

3、熔模鑄造的基本特點: 制殼時采用可熔化的一次模，因無需起模，故型殼為整體而無分型面無分型面，且型殼是由高溫性能優(yōu)良的耐火材料制成。2.1.3 熔模鑄造的主要優(yōu)點如下：(與其它鑄造方法相比) （1）鑄件尺寸精度較高和表面粗糙度較低，可以澆注形狀復(fù)雜的鑄件，一般精度可達(dá)CT57級，粗糙度可達(dá)Ra2.5-6.3m； GB/T6414-1986,CT5-7（2）可以鑄造薄壁鑄件以及重量很小的鑄件,熔模鑄件的最小壁厚可達(dá)0.5mm，重量可以小到幾克；（3）可以鑄造花紋精細(xì)的圖案、文字、帶有細(xì)槽和彎曲細(xì)孔的鑄件；（4）熔模鑄件的外形和內(nèi)腔形狀幾乎不受限制，可以制造出用砂型鑄造、鍛壓、切削加工等方法難以制造

4、的形狀復(fù)雜的零件，而且可以使有些組合件、焊接件在稍進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)后直接鑄造成整體零件，從而減輕零件重量、降低生產(chǎn)成本。（5）鑄造合金的類型幾乎沒有限制，常用來鑄造合金鋼件、碳鋼件和耐熱合金鑄件；（6）生產(chǎn)批量沒有限制，可以從單件到成批大量生產(chǎn)。2.1.4.熔模鑄造方法的缺點是：工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，不適用于生產(chǎn)輪廓尺寸很大的鑄件。2.1.5 熔模鑄造工藝過程 見圖2-1?？捎萌勰ｈT造法生產(chǎn)的合金種類有：碳素鋼、合金鋼、耐熱合金、不銹鋼、精密合金、永磁合金、軸承合金、銅合金、鋁合金、鈦合金和球墨鑄鐵等。2.2 熔模的制造 熔模是形成型腔的模型，它的尺寸精度直接影響到成形鑄件的尺寸精度和表面質(zhì)量。所

5、以為獲得高質(zhì)量的熔模，首先必須選擇合適的熔模材料即模料。2.2.1 模料 模料性能的基本要求 對熔模模料性能的基本要求概括為：熱物理性能：主要指有合適的熔化溫度和凝凝固區(qū)間固區(qū)間、較小的熱膨脹和收縮、較高的耐熱耐熱性性（軟化點）和模料在液態(tài)時應(yīng)無析出物析出物，固態(tài)時無相變相變；力學(xué)性能：主要有強(qiáng)度、硬度、塑性、柔韌性等。1. 工藝性能：主要有粘度（或流動性）、灰分、涂掛性等。 1） 熔化溫度和凝固溫度區(qū)間 模料熔化溫度控制在5080之間，凝固溫度區(qū)間則以610為宜。 2）熱膨脹率和收縮率 模料的收縮率是是模料的重要性能指標(biāo)之一，模料的熱脹冷縮小，不僅可以提高熔模的尺寸精度，也可減少脫蠟時脹裂型

6、殼的可能性。模料的線收縮率一般應(yīng)小于1.0%，好的模料線收縮率可達(dá)0.30.5%。 3）軟化點：模料開始軟化變形的溫度。40。 耐熱性是指溫度升高時模料的抗軟化變形的能力。模料的耐熱性高，抗軟化變形的能力強(qiáng)，模樣的尺寸精度越高。 4）強(qiáng)度 熔模要有一定的強(qiáng)度，以保證在生產(chǎn)過程中不致?lián)p壞。模料的強(qiáng)度多用抗彎強(qiáng)度表示，其值一般不得低于2.0MPa，最好為5.08.0MPa。 5）硬度 為保持熔模的表面質(zhì)量，模料應(yīng)有足夠得硬度，以防摩擦損傷。模料硬度通常以針入度表示。模料的針入度多在46度（1度0.1mm）。 6）流動性 為了完滿充填壓型型腔并清晰復(fù)制出棱角及精細(xì)部位，要求模料在壓注時具有良好的流動

7、性，但模料流動性過高，注入型腔時容易形成紊流、飛濺，使熔模表面產(chǎn)生流線、氣泡等缺陷，所以壓注時模料的流動性要適當(dāng)，不宜過高或過低。模料的流動性可通過溫度和粘度控制，在90附近，模料粘度應(yīng)為3.0X10-23.0X10-1Pa s。 7）涂掛性 模料的涂掛性直接影響型殼的表面質(zhì)量，可以用熔模與粘結(jié)劑之間的接觸角來衡量。 8）灰分 灰分是指模料經(jīng)高溫焙燒后的殘灰。模料灰分含量高，經(jīng)高溫焙燒后殘留于型殼中的灰分多，勢必對鑄件內(nèi)部和表面質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。所以灰分也是模料重要的性能指標(biāo)之一，應(yīng)盡量降低模料的灰分含量。一般而言，模料的灰分應(yīng)低于0.05%。2.2.2 2.2.2 模料的分類 隨著熔模鑄造工

8、藝的發(fā)展，模料的種類日益繁多，組成各不相同。1. 按組成模料的基體材料和性能的不同進(jìn)行分類：可分為蠟基模料、樹脂基模料、填料模料及水溶性模料等4類。2. 按模料熔點的高低將其分為高溫、中溫和低溫模料。3類。2.2.2.1 蠟基模料 A .石蠟石蠟：飽和的固體碳?xì)浠衔?，：飽和的固體碳?xì)浠衔铮泻?0個以上碳原子烷烴的混合物。個以上碳原子烷烴的混合物。分子通式：分子通式：CnH2n+2,式中式中n=20-30。晶態(tài)物質(zhì)，冷卻曲線有明顯而確定晶態(tài)物質(zhì)，冷卻曲線有明顯而確定的平臺。耐熱性較差，收縮率約為的平臺。耐熱性較差，收縮率約為0.61.5%。針入度針入度15度，硬度較度，硬度較低，因此配

9、以硬脂酸。化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)低，因此配以硬脂酸?；瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，定，140以上分解以上分解碳化碳化。牌號：牌號：50，52,70.(熔模鑄造用熔模鑄造用58-64)，對應(yīng)其熔點。，對應(yīng)其熔點。N =30,熔點熔點70，即，即70度石蠟。度石蠟。 B .硬脂酸硬脂酸：固體的飽和羧酸（脂肪酸），分子式：固體的飽和羧酸（脂肪酸），分子式：C17H35COOH，提高熔模的表面強(qiáng)度和涂料的涂，提高熔模的表面強(qiáng)度和涂料的涂掛性（掛性（潤濕能力潤濕能力） 與石蠟互溶，強(qiáng)度高，熔點高，熱穩(wěn)定性好（與石蠟互溶，強(qiáng)度高，熔點高，熱穩(wěn)定性好（工工業(yè)用常含雜質(zhì)油酸業(yè)用常含雜質(zhì)油酸易氧化，降低穩(wěn)定性易氧化，降低穩(wěn)定性），），硬度

10、大硬度大 石蠟與硬脂酸配合使用石蠟與硬脂酸配合使用 石蠟含量增加，強(qiáng)度增高，熱穩(wěn)定性下降石蠟含量增加，強(qiáng)度增高，熱穩(wěn)定性下降 硬脂酸含量增加，軟化點、流動性、涂掛性提高，硬脂酸含量增加，軟化點、流動性、涂掛性提高，硬度硬度提高，提高，強(qiáng)度強(qiáng)度下降，凝固溫度區(qū)間下降，凝固溫度區(qū)間變窄變窄 表2-2 石蠟硬脂酸（1：1）模料的主要性能2.2.2.2 樹脂基模料 松香：軟化點松香：軟化點7090 用途用途 常與蠟料、聚合物等混合蠟基模料常與蠟料、聚合物等混合蠟基模料 蠟基模料蠟基模料 優(yōu)點：易于配制（優(yōu)點：易于配制（熔點較低熔點較低），復(fù)用性好。），復(fù)用性好。 不足：軟化點過低，收縮率略大，硬脂酸價

11、格過高。不足：軟化點過低，收縮率略大，硬脂酸價格過高。 松香基模料松香基模料 優(yōu)點：優(yōu)點： 兼顧蠟基的長處，表面光亮、針入度小，常用于精度要求很兼顧蠟基的長處，表面光亮、針入度小，常用于精度要求很高的鑄件生產(chǎn)中。高的鑄件生產(chǎn)中。2.2.2.3 填料模料 國外模料分類：填料模料和無填料模料 作用：減少收縮，防止熔模變形和表面缺陷。 常用四種：枝鏈型聚苯乙烯；XLPS 冰烯醋酯；XLA 對苯二酸； 水。2.2.3 2.2.3 熔模的配制及回收熔模的配制及回收2.2.3.1 2.2.3.1 模料的配制配制工藝：是指按照模料的規(guī)定成分和配比，將各種原料熔融成液態(tài)， 混合并攪拌均勻，濾去雜質(zhì)澆制成合乎要

12、求的糊狀模料直接使用，或澆注成錠塊待用。1. 蠟基模料的配制 因熔點低于100度，大多采用蒸汽加熱或熱水槽加熱。 對熔化后的模料要攪拌均勻，并用100號或140號篩過濾除去雜質(zhì)。然后放入容器中，在冷卻過程中將蠟料制成糊狀。攪拌法二種。熔化方法熔化方法水浴加熱水浴加熱旋轉(zhuǎn)槳葉攪拌法旋轉(zhuǎn)槳葉攪拌法活塞攪拌法活塞攪拌法: : 帶孔活塞往復(fù)運(yùn)動帶孔活塞往復(fù)運(yùn)動2. 松香基模料的配制松香基模料的配制B B 注意：加料次序注意：加料次序聚合物、蠟料、松香聚合物、蠟料、松香A 熔化設(shè)備：不銹鋼電熱鍋（熔點高）熔化設(shè)備：不銹鋼電熱鍋（熔點高）3. 模料配制工藝要點：模料配制過程中應(yīng)該注意的三點：模料配制過程中

13、應(yīng)該注意的三點：A A 嚴(yán)格控制溫度的升限和在高溫下停留的時間。避免模料的嚴(yán)格控制溫度的升限和在高溫下停留的時間。避免模料的燒損燒損和和變質(zhì)變質(zhì)。（防止局部過熱）（防止局部過熱） B B 合理安排各組元的加熱順序合理安排各組元的加熱順序 原則：原則：溶劑優(yōu)先，互溶在前溶劑優(yōu)先，互溶在前。 C C 充分?jǐn)嚢瑁ɑト埽?，濾去雜質(zhì)（回收），保溫靜置（排氣）充分?jǐn)嚢瑁ɑト埽?，濾去雜質(zhì)（回收），保溫靜置（排氣）2.2.3.2 模料的回收概念概念 去除模料中的雜質(zhì)，恢復(fù)其性能的工藝過程去除模料中的雜質(zhì)，恢復(fù)其性能的工藝過程稱之為模料的回收或復(fù)生。稱之為模料的回收或復(fù)生。 2) 2) 模料變質(zhì)模料變質(zhì)的原因（

14、皂化反應(yīng)）：的原因（皂化反應(yīng)）：置換反應(yīng)（置換反應(yīng)（AlAl、FeFe） 中和反應(yīng)（氧化鈉、氨水）中和反應(yīng)（氧化鈉、氨水）復(fù)分解反應(yīng)（復(fù)分解反應(yīng)（CaCa、MgMg鹽）鹽） 皂化物皂化物不溶于水不溶于水-不易去除，影響模料性能，進(jìn)一步降低不易去除，影響模料性能，進(jìn)一步降低鑄件質(zhì)量鑄件質(zhì)量 使用松香基模料時，回收的模料用來制作澆冒口熔模 使用蠟基模料，脫模后所獲模料可回收，再用來制造新的熔模 蠟基舊模料的性能變化蠟基舊模料的性能變化 在循環(huán)使用時，模料的性能會變壞：脆性增大，灰塵增多，流動性下降，收縮率增大，顏色由白變褐，這些主要與模料中硬脂酸變質(zhì)有關(guān)，也有其它原因。 （2）砂和涂料的污染熔模制

15、好后，上面要涂掛涂料、撒砂以制出型殼，在制造熔模、制殼以及與蠟的熔失過程中，有時會受到砂和涂料等異物的污染。所以，制模車間一定要注意工作場地的衛(wèi)生。防止模料污染（一般要白大衣、拖鞋、瓷地面、工作臺潔凈） （3）熔失熔模時過熱，石蠟燒壞、氧化變質(zhì)。3) 3) 皂化物的去除方法：酸處理法皂化物的去除方法：酸處理法 電解處理法電解處理法 活性白土活性白土處理法處理法A A 酸處理法酸處理法 MeMe（C17H35COOC17H35COO）2 +H2SO4=2(C17H35COOH)+MeSO4 2 +H2SO4=2(C17H35COOH)+MeSO4 不足：可逆，不能完全處理干凈不足：可逆，不能完全

16、處理干凈B B 電解處理法電解處理法FeCl3 FeCl2 FeCl2 Cl2 （有毒） 不足：設(shè)備要求高，污不足：設(shè)備要求高，污染環(huán)境染環(huán)境C C 活性白土處理法活性白土處理法 吸附能力吸附能力+Al3+Al3+與膠體雜質(zhì)反應(yīng)沉淀與膠體雜質(zhì)反應(yīng)沉淀 補(bǔ)充使用補(bǔ)充使用2.2.4. 熔模的壓制和模組的制造 模料膏配制完畢即可壓制熔模。壓制熔模前，需先在壓型表面涂薄層分型劑，以便從壓型中取出熔模。 熔模的制備即將模料注入壓型的方法有自由澆注和壓注兩種。自由澆注法使用液態(tài)模料，用于制作澆冒口系統(tǒng)的熔模和尿素型芯。壓注法用于制造鑄件熔模，可使用液態(tài)、半液態(tài)(糊狀)、半固態(tài)(膏狀)及固態(tài)模料。柱塞加壓法

17、柱塞加壓法活塞加壓法與氣壓法壓注1)“1)“液態(tài)壓注模料液態(tài)壓注模料”大多采用在熔點下呈糊狀時壓注大多采用在熔點下呈糊狀時壓注( (并并非真正的液態(tài)下壓注非真正的液態(tài)下壓注) )A A 防止液態(tài)紊流、飛濺造成流痕及卷入氣泡。防止液態(tài)紊流、飛濺造成流痕及卷入氣泡。B B 保證表面光潔度。保證表面光潔度。 C C 收縮率降低。收縮率降低。2.2.4.2 2.2.4.2 熔模表面質(zhì)量的控制熔模表面質(zhì)量的控制2) 2) 合理確定工藝參數(shù)合理確定工藝參數(shù)壓蠟溫度壓蠟溫度 壓注壓力壓注壓力 壓型溫度壓型溫度 壓射速度壓射速度 保壓時保壓時間間原則：溫度適中，壓力盡量大（一定范圍內(nèi)）原則：溫度適中，壓力盡量

18、大（一定范圍內(nèi)）3) 3) 制造澆道模料在脫蠟過程中要先于模型熔化（材料及形狀）制造澆道模料在脫蠟過程中要先于模型熔化（材料及形狀）1) 1) 壓注條件下熔模收縮的特點壓注條件下熔模收縮的特點 A A 層狀凝固層狀凝固 B B 在壓力下成型并在壓力作用下凝固在壓力下成型并在壓力作用下凝固2.2.4.3 2.2.4.3 熔模尺寸精度的控制熔模尺寸精度的控制2) 2) 壓注工藝參數(shù)對收縮的影響壓注工藝參數(shù)對收縮的影響 A A 注蠟溫度注蠟溫度 B B 壓注壓力壓注壓力 C C 保壓時間保壓時間 D D 壓型溫度壓型溫度其它：模型的壁厚其它：模型的壁厚 取模后停放時間取模后停放時間2.2.5 2.2

19、.5 熔模的組裝熔模的組裝焊接法焊接法應(yīng)用最廣泛應(yīng)用最廣泛 電烙鐵電烙鐵分型劑分型劑的使用：壓蠟前在壓型內(nèi)表面涂的使用：壓蠟前在壓型內(nèi)表面涂敷一層，利于取出熔模。敷一層，利于取出熔模。 要求越薄越好要求越薄越好蠟基：一般采用機(jī)油、松節(jié)油、硅油蠟基：一般采用機(jī)油、松節(jié)油、硅油樹脂基：麻油與酒精混合物或者硅油樹脂基：麻油與酒精混合物或者硅油壓縮空氣起模壓縮空氣起模2.2.4.4 2.2.4.4 熔模的脫模熔模的脫模2 2） 粘接法粘接法卯榫結(jié)構(gòu)卯榫結(jié)構(gòu)3 3） 機(jī)械組裝法機(jī)械組裝法大批量、小鑄件、高效率大批量、小鑄件、高效率2.3 型殼的制造 型殼的質(zhì)量直接關(guān)系到鑄件的質(zhì)量，為此，對型型殼的質(zhì)量直

20、接關(guān)系到鑄件的質(zhì)量，為此，對型殼的要求主要有以下四個方面：殼的要求主要有以下四個方面：1.1.強(qiáng)度強(qiáng)度高的常溫強(qiáng)度高的常溫強(qiáng)度+ + 高溫強(qiáng)度高溫強(qiáng)度（澆注、焙（澆注、焙燒）燒） + +低的殘留強(qiáng)度低的殘留強(qiáng)度2.2.熱震穩(wěn)定性熱震穩(wěn)定性抵抗急冷急熱的性能或抗熱沖抵抗急冷急熱的性能或抗熱沖擊性。它是指型殼抵抗因溫度急劇變化而不開裂擊性。它是指型殼抵抗因溫度急劇變化而不開裂的能力。的能力。3.3.高溫下化學(xué)穩(wěn)定性高溫下化學(xué)穩(wěn)定性高溫液態(tài)金屬與之接觸高溫液態(tài)金屬與之接觸時不發(fā)生相互化學(xué)作用的性能。時不發(fā)生相互化學(xué)作用的性能。4.4.透氣性透氣性指氣體通指氣體通過型壁的能力。過型壁的能力。以免發(fā)生粘

21、砂、麻點、氧化、脫碳以免發(fā)生粘砂、麻點、氧化、脫碳避免澆不足、氣孔避免澆不足、氣孔 型殼性能試驗標(biāo)準(zhǔn) HB 5352.1-2004 熔模鑄造型殼性能試驗方法 第1部分：抗彎強(qiáng)度的測定 HB 5352.2-2004 熔模鑄造型殼性能試驗方法 第2部分：高溫自重變形的測定 HB 5352.3-2004 熔模鑄造型殼性能試驗方法 第3部分：高溫荷重變形的測定 HB 5352.4-2004 熔模鑄造型殼性能試驗方法 第4部分：透氣性的測定 型殼的制造工藝型殼的制造工藝涂掛法涂掛法 熔模鑄造型殼熔模鑄造型殼： 多層型殼：涂掛法制殼（浸涂）最常用 噴涂法 刷涂法對型殼的性能要求：對型殼的性能要求：1 .

22、型殼的高溫強(qiáng)度和高溫軟化點 型殼的軟化點是指型殼強(qiáng)度隨溫度升高而開始下降的溫度。不同型殼軟化點不同。軟化點高，高溫強(qiáng)度下降速度小，有利于提高鑄件的尺寸精度。2. 型殼的熱膨脹性 型殼的熱膨脹性是與鑄件精度密切相關(guān)的重要性能。高溫金屬液通過型殼放熱、冷卻、凝固中，溫度的急劇變化，型殼的線量也發(fā)生變化。 為獲得尺寸精確的鑄件型殼的膨脹率必須小而均勻。 型殼小而均勻的熱膨脹性是減少應(yīng)力，使型殼具有良好抵抗溫度急劇變化能力的決定因素。（型殼溫度變化，必然產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)該內(nèi)應(yīng)力超過該溫度下的強(qiáng)度時，型殼就會產(chǎn)生裂紋、破損）。3 .型殼的表面質(zhì)量及化學(xué)穩(wěn)定性 型殼內(nèi)表面層與高溫液體金屬直接接觸，要想獲得表

23、面光潔、輪廓清晰的鑄件，型殼內(nèi)表面層必須光潔、致密、輪廓清晰。除此之外還應(yīng)具有好的化學(xué)穩(wěn)定性，即澆注后，型殼內(nèi)表層不與高溫液體金屬及其氧化物相互發(fā)生化學(xué)作用。 上述條件將是實現(xiàn)高精度鑄造的最基本要求，此外，還要有好的透氣性、好的退讓性、好的脫殼清理性。但一種材料很難完全滿足各種要求，因此在選用制殼原材料時，應(yīng)抓住無余量鑄件表面光潔度、尺寸精度要求高這個主要矛盾。型殼的制造工藝：涂覆涂料撒砂干燥硬化 重復(fù)5-7次涂料的組成：耐火材料粉 + 黏結(jié)劑 + 溶劑（水）2.3.1制造型殼用的材料 多層型殼是由耐火材、粘結(jié)劑料及附加物組成，其中耐多層型殼是由耐火材、粘結(jié)劑料及附加物組成，其中耐火材料占火材

24、料占90%90%以上。所以耐火材料的選用對型殼的性能影響以上。所以耐火材料的選用對型殼的性能影響很大。其次為粘結(jié)劑及附加物、工藝的影響很大。其次為粘結(jié)劑及附加物、工藝的影響2.3.2.1 2.3.2.1 耐火材料耐火材料（石英（石英 剛玉剛玉 鋯英砂等）鋯英砂等）1 1）面層粉料面層粉料。與粘接劑配制成涂料的粉狀料，直接與高。與粘接劑配制成涂料的粉狀料，直接與高溫金屬液接觸，要能承受熱沖擊和熱物理化學(xué)作用。溫金屬液接觸，要能承受熱沖擊和熱物理化學(xué)作用。2 2）增強(qiáng)型殼的）增強(qiáng)型殼的撒砂材料撒砂材料粒度粒度3 3）制造陶瓷型芯的粉狀料制造陶瓷型芯的粉狀料具有一定的抗沖擊性具有一定的抗沖擊性 對耐

25、火材料的要求對耐火材料的要求A A 耐火度和熔點耐火度和熔點高溫時不軟化，變形高溫時不軟化，變形（耐火度（耐火度：又稱耐熔度。表征物體抵抗高溫而不熔化的性能指標(biāo)：又稱耐熔度。表征物體抵抗高溫而不熔化的性能指標(biāo)）B B 熱膨脹性熱膨脹性小而均勻小而均勻C C 粒度合理粒度合理先小后大，保證型殼致密度、強(qiáng)度、透氣性先小后大，保證型殼致密度、強(qiáng)度、透氣性D D 高溫化學(xué)穩(wěn)定性高溫化學(xué)穩(wěn)定性E E 其他：有利于涂料穩(wěn)定，對人體無害，價廉等其他：有利于涂料穩(wěn)定，對人體無害，價廉等 1）人造石英（SiO2) 573發(fā)生相變 線膨脹率1.4% 優(yōu)點：價廉 缺點：當(dāng)加熱到573時，由轉(zhuǎn)變?yōu)榕蛎洿?呈酸性 應(yīng)用

26、：適用于碳鋼、低合金鋼、銅合金；不適于 鋁、鈦、錳、鉻合金鋼2）熔融石英 石英玻璃 熔融石英熔化溫度為1713，導(dǎo)熱系數(shù)低，熱膨脹系數(shù)幾乎是所有耐火材料中最小的，因而它具有極高的熱震穩(wěn)定性。 SiO2含量99.5% 優(yōu)點：純度高，線膨脹小，熱穩(wěn)定性好 缺點：價格貴 應(yīng)用：易被氫氟酸或堿侵蝕便于除芯，常用于作陶瓷型芯的基本材料一一 制殼用耐火材料制殼用耐火材料一一 制殼用耐火材料制殼用耐火材料 3）鋯英砂 鋯英砂又稱硅酸鋯，是天然存在的礦物材料。常含有少量的放射性的鈾、TiO2和微量稀土氧化物。純鋯英石在1775能分解析出SiO2，有高的耐火度。 優(yōu)點：導(dǎo)熱蓄熱性好；熱膨脹小而均勻 缺點：價格貴

27、，微量輻射性 應(yīng)用：澆注溫度低于1500的合金鑄件 4）電熔剛玉 -Al2O3 熔點2030 密度大，結(jié)構(gòu)致密，導(dǎo)熱性好，熱膨脹系數(shù)小，高溫化學(xué)穩(wěn)定性好。 優(yōu)點：熔點高，結(jié)構(gòu)致密，導(dǎo)熱好，熱膨脹小而均勻，化學(xué)性能穩(wěn)定，型殼尺寸穩(wěn)定 缺點：價格貴 應(yīng)用：高合金鋼、耐熱合金及鎂合金一一 制殼用耐火材料制殼用耐火材料 4）莫來石（硅酸鋁耐火材料） 莫來石又稱高鋁紅柱石，分子式為3Al2O32SiO2。密度約為3.16g/cm3，膨脹系數(shù)5410-7l/，在1810開始出現(xiàn)液相。 莫來石很少以天然形式存在，多是人工合成（高溫?zé)Y(jié)）。 高嶺石Al2O32SiO2石英（硅石）石英（硅石）SiO2SiO2剛

28、玉剛玉（Al2O3Al2O3）鋁鋁- -硅系材硅系材料料鋯英石鋯英石其它其它鋁酸鋁酸鈷鈷人造人造石墨石墨鎢粉鎢粉氧化氧化物陶物陶瓷瓷優(yōu)點來源廣、價廉、耐火度高、殘留強(qiáng)度低熔點高、導(dǎo)熱性好、熱膨脹小均勻價廉、來源廣、穩(wěn)定性提高傳熱系數(shù)大、熱膨脹率小而均勻、高耐火度缺點酸性易于在高溫下反應(yīng)，形成麻點、粘砂來源缺、價高SiO2易與Al、Ti反應(yīng)、脫殼性差（鋁礬土）價格較高、分解出SiO2備注不能用來對鎳、鉻、鈦、錳-加固涂層 面層使用，提高質(zhì)量2.3.1.2 制殼用黏結(jié)劑 1. 對黏結(jié)劑性能的基本要求：對黏結(jié)劑性能的基本要求： 與模料潤濕，又不與模料互溶或起化學(xué)反應(yīng) 在室溫焙燒及澆注溫度下，與耐火材

29、料有牢固黏結(jié)力 在高溫及室溫下形成的氧化物或與耐火材料形成的化合物， 具有高溫化學(xué)穩(wěn)定性，不與所澆注的合金發(fā)生化學(xué)作用 黏度適當(dāng)，使之具有良好的涂掛、滲透性 儲存性好，來源廣，價格廉 2 . 硅酸膠體黏結(jié)劑的基本性質(zhì)硅酸膠體黏結(jié)劑的基本性質(zhì) 目前熔模鑄造及陶瓷型鑄造使用的黏結(jié)劑包括 水玻璃 硅溶膠 硅膠乙酯 從本質(zhì)上來講都是硅酸膠體，只不過其類型不同罷了，從最終 形成的氧化物性質(zhì)看都是二氧化硅，故都屬酸性黏結(jié)劑。 3.3.膠凝過程膠凝過程 加熱 溶膠 凍膠 凝膠 細(xì)微的二氧化硅結(jié)晶 膠凝 溶劑揮發(fā) 900-1000度2.3.1.3 幾種常用的黏結(jié)劑幾種常用的黏結(jié)劑1. 1. 硅酸乙酯水解液硅酸

30、乙酯水解液（1 1）硅酸乙酯的物理性質(zhì) a 硅酸乙酯又稱正硅酸乙酯。一般硅酸乙酯呈油性，為無色、透明或棕黃色液體（有雜質(zhì)） b 閃點為53，易燃，所以應(yīng)注意防火 c 有醚味，對眼睛、呼吸道有刺激作用，應(yīng)密封保存 在熔模鑄造過程中硅酸乙酯的水解是分兩個階段進(jìn)行兩個階段進(jìn)行的。 第一階段：硅酸乙酯第一階段：硅酸乙酯硅酸乙酯水解液硅酸乙酯水解液 這時，我們需要的是具有一定聚合度的線型或枝型的聚合物，即具有一定黏度和黏結(jié)力的黏結(jié)劑。故加水量應(yīng)嚴(yán)格控制。使硅酸乙酯的水解反應(yīng)進(jìn)行到一定程度為止。 第二階段：干燥硬化第二階段：干燥硬化 硅酸乙酯水解液配制成涂料, 制殼后，涂料層繼續(xù)發(fā)生水解反應(yīng)，直至形成硅凝

31、膠。制殼后，涂料層置于空氣中，空氣中的水分可使硅酸乙酯繼續(xù)進(jìn)行水解縮合反應(yīng)，在線型或枝型乙氧基硅酸結(jié)構(gòu)間相互交聯(lián)，最后形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)間還含有一定的乙氧基，稱為有機(jī)硅聚合物.2. 硅溶膠硅溶膠（1） 硅溶膠的物理特性：硅溶膠的物理特性： 硅溶膠即膠體二氧化硅，是一類無定性二氧化硅粒子在水介質(zhì)中的分散體系。 硅溶膠是將水玻璃經(jīng)過離子交換后去掉其中的鈉離子和其它雜質(zhì)，再經(jīng)濃縮制得的。它是硅酸的多分子聚合物，為較純凈的硅酸水溶液，也稱硅酸溶膠。為乳白色或青白色溶液。分子式為n H2O.mSiO2。熔模鑄造用硅溶膠要求： Na2O小于等于0.5%， SiO2 為24-30%， PH為8-10（

32、最好為9.5） 黏度值為2-6厘泊 （2 2）硅溶膠粘結(jié)劑及其所制型殼特點：）硅溶膠粘結(jié)劑及其所制型殼特點： 優(yōu)點：（1）配制簡單 （2）穩(wěn)定性好 （3）不需氨干，有利于環(huán)保 （4）型殼高溫強(qiáng)度比硅酸乙酯更高 缺點：（1）潤濕性、涂掛性差，故鑄件光潔度差些 （2）干燥速度慢，生產(chǎn)周期長。 （3）濕強(qiáng)度低3. 水玻璃粘結(jié)劑水玻璃粘結(jié)劑（1 1） 熔模鑄造中水玻璃粘結(jié)劑的硬化機(jī)理熔模鑄造中水玻璃粘結(jié)劑的硬化機(jī)理 水玻璃在砂型鑄造中的常用粘結(jié)劑。其基本組成是硅酸鈉和水（聚硅酸鈉水溶液）。 硅酸鈉是強(qiáng)堿弱酸鹽，在水中極易水解： Na2OmSiO2 + nH2O 2Na+ +2OH- + mSiO2（n

33、-1）H2O - Q 加入酸性物質(zhì)，有利于聚硅酸鈉水解，使水解反應(yīng)向右進(jìn)行。在熔模鑄造中常用酸性鹽作硬化劑，如：NH4Cl、結(jié)晶AlCl3、聚合AlCl3和結(jié)晶MgCl2 。 當(dāng)用NH4Cl水溶液作硬化劑，與水玻璃型殼相遇時，將發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)： NaNa2 2OmSiOOmSiO2 + nH+ nH2 2O + 2NHO + 2NH4Cl 2NaCl 2NaCl + mSiO mSiO2（n-1n-1）H H2O O + NH NH4OH -NH3+H2O 水解的結(jié)果使水玻璃溶液中硅酸濃度增高，硅酸分子中硅羥基不斷脫水聚合成聚硅酸大分子，繼而成為硅酸溶膠，最后凝聚成為不可逆的硅酸凝膠，使型殼

34、具有常溫強(qiáng)度。 SiO H +HOSi SiOSi + H2O 水解同時產(chǎn)生有NaCl和NH3產(chǎn)生。其中NaCl當(dāng)用熱水脫模后并經(jīng)800以上高溫培燒去除。NH3則污染空氣，惡化環(huán)境，這是NH4Cl水溶液作硬化劑存在的主要問題。 （2 2） 熔模鑄造用水玻璃粘結(jié)劑的性能指標(biāo)熔模鑄造用水玻璃粘結(jié)劑的性能指標(biāo) 配制熔模鑄造涂料所用的水玻璃其 模數(shù) M=3.0-3.6, 密度=1.29-1.31g/cm3(砂型鑄造所用的水玻璃其模數(shù)M=2.3-2.8, 密度=1.32-1.6g/cm3)對熔模鑄造而言，市售水玻璃需要進(jìn)行提高模數(shù)、降低密度的處理（提高模數(shù)加入NH4Cl、HCl。降低密度加入水。）（3

35、3） 水玻璃作為型殼粘結(jié)劑的特點水玻璃作為型殼粘結(jié)劑的特點: :總而言之,比硅酸乙酯、硅溶膠所制型殼性能差。 優(yōu)點：（1）來源廣，價格廉。 缺點：（1）與蠟?zāi)櫇裥圆?（2）黏度大 （3）含Na2O 型殼高溫強(qiáng)度低 抗變形能力低鑄件精度低Na2O + SiO2 （高溫） Na2O2SiO2（共晶物 熔點793） Na2O2SiO2共晶物 在熔點793時出現(xiàn)液相，并使型殼軟化變形，因此，水玻璃作粘結(jié)劑的型殼所澆鑄件尺寸精度、表面光潔度都較差，用于一些要求不高的碳素鋼件和有色金屬鑄件，對減少機(jī)械加工和節(jié)約金屬材料有利。涂料粉液比低涂層致密性降低鑄件表面不光4. 4. 新型快干硅溶膠新型快干硅溶膠

36、概況 水基硅溶膠是一種綠色環(huán)保的粘結(jié)劑，在越來越重視環(huán)保的今天，應(yīng)大力加以推廣。但普通硅溶膠型殼濕強(qiáng)度低，制殼周期長已成為其推廣使用中的主要問題。開發(fā)增強(qiáng)快干硅溶膠一直是各國研究的課題。20世紀(jì)90年代研制成功的快干硅溶膠LudoxSK系列，制型殼時每制一層其干燥時間，即層間干燥時間僅1h，性能與硅酸乙酯水解液粘結(jié)劑相當(dāng)，于1997年已用于Rolls Royce公司大量生產(chǎn)中。又如Remasol ADBOND系列，2001年推出的ADBOND3301制殼時每制一層，層間干燥時間也可達(dá)到12h，也已用于生產(chǎn)。 國內(nèi)在20世紀(jì)90年代中期清華大學(xué)和宇達(dá)化工有限公司合作開發(fā)FS快干硅溶膠，通過部級鑒

37、定并用于生產(chǎn)。近年來又研制出FS型和FS 兩種快干硅溶膠，通過省級鑒定，F(xiàn)S在性能上已接近LudoxSK系列快干硅溶膠。硅酸膠體硅酸膠體 硅溶膠、硅酸乙硅溶膠、硅酸乙酯、水玻璃粘結(jié)劑中酯、水玻璃粘結(jié)劑中起粘結(jié)作用的都是硅起粘結(jié)作用的都是硅酸膠體。酸膠體。 膠體是分散質(zhì)粒膠體是分散質(zhì)粒子直徑在子直徑在1nm1nm100nm100nm之間的分散系。之間的分散系。TEMTEM（納米級）下的硅酸膠體照片（納米級）下的硅酸膠體照片2.3.2 制殼工藝制殼工藝 型殼的質(zhì)量與鑄件的質(zhì)量密切相關(guān)，因此制殼工藝也是熔模鑄造的關(guān)鍵一環(huán)。制殼工藝包括： 除油和脫脂除油和脫脂在模組上涂掛涂料在模組上涂掛涂料撒砂撒砂型

38、殼的干燥和硬化型殼的干燥和硬化 熔失熔模熔失熔模培燒培燒 5-7次次1. 1. 模組的除油和脫脂模組的除油和脫脂 在采用蠟基模料和以水為溶劑的粘結(jié)劑時，為提高涂料潤濕模組表面的能力，需要將模組表面的油污去除掉。即在涂掛涂料之前，先將模浸泡在中性肥皂片或表面活性劑的水溶液中。 表面活性劑一端的親水活性基團(tuán)易與涂料吸附，另一端的疏水（親油）基團(tuán)易吸附在模組上. 2. 2. 涂掛涂料和撒砂涂掛涂料和撒砂 （1 1）涂掛涂料）涂掛涂料:先將涂料攪拌均勻，調(diào)整好涂料的黏度、比重。若型殼上有小孔、槽，則內(nèi)層涂料黏度、比重應(yīng)小些，以使涂料能很好地充填這些小孔、槽。 涂掛涂料時模組在涂料中上下左右晃動，使涂料

39、能很好地潤濕模組，并均勻覆蓋在模表面。不應(yīng)有涂料局部堆積和缺料現(xiàn)象。且不包裹氣泡。 （2 2）撒砂）撒砂 撤砂的目的撤砂的目的 1)迅速增厚型殼。 2）分散型殼在以后的干燥硬化中可能產(chǎn)生的應(yīng)力 3）使外層表面粗糙，使下一層涂料與前一層很好的結(jié)合。撒砂注意事項撒砂注意事項: 1)撒砂種類:應(yīng)與該層涂料用耐火粉料一致，有相同的熱膨脹系數(shù)，以加強(qiáng)撒砂與涂層結(jié)合力。做一般鋼件，如不銹鋼、碳鋼件，面層用鋯砂，背層用高嶺石熟料。 2)不論用哪種砂子，都要嚴(yán)格控制其中的含水量，一般質(zhì)量分?jǐn)?shù)均應(yīng)小于0.3。因為砂子濕度大極易產(chǎn)生浮砂堆積而導(dǎo)致型殼分層。 3)砂子粒度也要合理選擇，通常從面層到背層粒度逐漸加粗。

40、 4）每次撒砂的粒度分布都不宜過于集中，這樣才能使砂粒相互鑲嵌，提高型殼的致密度。 5)要嚴(yán)格限制砂中的粉塵含量，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)小于0.3。因為粉塵覆蓋在涂料上就不易掛上砂粒。撒砂方法撒砂方法: 1) 1) 雨淋式雨淋式:砂如雨點式撒在掛有涂料的模組上,模組不斷旋轉(zhuǎn). 2) 2) 流態(tài)式流態(tài)式:砂存放于沸騰床中,底部送入壓縮空氣,將沸騰床上部砂層均勻吹起,撒砂時只需將涂有涂料的模組往流態(tài)化的砂層中浸一下,耐火材料就能均勻地粘在涂料表面。 圖1-14 雨淋式撒砂機(jī) 3. 型殼的干燥和硬化型殼的干燥和硬化 每涂覆一層型殼之后，就要讓它干燥、硬化，使涂料中的粘結(jié)劑溶膠向凍膠、凝膠轉(zhuǎn)變，把耐火材料連接在

41、一起，根據(jù)所用的粘結(jié)劑的不同，所用干燥、硬化方法也不同。 1) 1) 硅酸乙酯型殼的干燥和硬化硅酸乙酯型殼的干燥和硬化 硅酸乙酯在干燥硬化時主要發(fā)生以下物理化學(xué)變化： （1） 涂料中溶劑（酒精或丙酮）的揮發(fā)： 揮發(fā)速度與溶劑分壓有關(guān)，與濕度無關(guān)。 （2） 水解液的凝膠 型殼在干燥硬化時，硅酸乙酯水解液殘留的不完全水解物會吸收型殼中的水分繼續(xù)水解，同時硅酸溶膠會在氨氣的作用下進(jìn)行凝膠。因此 ，工業(yè)上使型殼在潮濕的氨氣中硬化。 每制一層型殼需要五道工序： 上涂料 撒砂 自干（或空氣干燥）自干（或空氣干燥） 氨干氨干 去味去味 （強(qiáng)制通風(fēng)柜中抽風(fēng)除氨（強(qiáng)制通風(fēng)柜中抽風(fēng)除氨 ）注意事項： 1）硬化時溶

42、劑的揮發(fā)應(yīng)比粘結(jié)劑的膠凝快，這時溶劑揮發(fā)產(chǎn)生膠體收縮時，膠體尚處于彈、塑性狀態(tài)，膠膜不易開裂。如果次序相反，粘結(jié)劑固化后溶劑繼續(xù)揮發(fā)，會出現(xiàn)脆性膠體的收縮，膠膜易于開裂，型殼強(qiáng)度下降。為防止這一現(xiàn)象產(chǎn)生，通常將溶劑揮發(fā)與膠體膠凝兩個過程分開。 2）每層型殼硬化后須將氨氣散發(fā)干凈，再掛下一層。 3）有時為提高強(qiáng)度可在涂掛全部結(jié)束后，將帶型殼的模組浸泡在含SiO2較多的水解液中超過5分鐘，使水解液滲入型殼中，而后在風(fēng)干、氨干過程中使粘結(jié)不好的耐火材料顆粒得到補(bǔ)充粘結(jié)。 2) 2) 硅溶膠型殼的干燥和硬化硅溶膠型殼的干燥和硬化 硅溶膠中的溶劑是水和酒精，故硅溶膠的硬化過程主要是脫水和酒精的揮發(fā)干燥過

43、程。與此同時膠體進(jìn)行凝聚。 將型殼放在溫度較高的（25-35）的干燥空氣中進(jìn)行干燥，每層型殼的干燥時間約為2h，最后一層涂料掛完后，型殼要自然干燥一晝夜才能脫模。 （每層型殼的干燥時間約為8h，最后一層涂料掛完后，型殼要自然干燥一晝夜） 硅溶膠型殼的干燥和硬化硅溶膠型殼的干燥和硬化= = 干燥的空氣（25-35）中干燥硬化3) 3) 水玻璃型殼的干燥和硬化水玻璃型殼的干燥和硬化 水玻璃型殼的干燥和硬化也是溶劑（水）的揮發(fā)和膠體的凝聚過程。但水玻璃的脫水過程非常緩慢，而其硬化則由于電解質(zhì)的作用進(jìn)行得很快。目前用的較多的硬化劑是NH4Cl、聚合AlCl3結(jié)晶AlCl3。 硬化過程： （1）將型殼先

44、放在空氣中干燥一段時間（數(shù)分鐘至一小時）。其作用是去除模組表面和涂料層之間的水分、提高涂層中水玻璃的濃度，減少型殼裂紋，改善型殼內(nèi)表面質(zhì)量。 （2）浸在濃度為25%左右的NH4Cl溶液中，此時發(fā)生反應(yīng) Na2OmSiO2 + nH2O + 2NH4Cl 2NaCl + mSiO2（n-1）H2O + NH3+H2 析出的硅膠很快凝聚，使型殼硬化。水玻璃型殼的干燥和硬化：水玻璃型殼的干燥和硬化： 空氣中干燥 浸在NH4Cl水溶液（ 25%左右）中干燥硬化 4）空氣干燥及氨氣硬化配合適當(dāng)才能獲得較高強(qiáng)度的型殼并縮短制殼周期。 未經(jīng)空氣干燥而直接氨氣固化的型殼，由于隨后溶劑的揮發(fā)使得涂層開裂，而強(qiáng)度

45、較低。 如僅采用空氣干燥固化，如每層干燥810h以上，型殼強(qiáng)度最高，但生產(chǎn)效率低。 而將空氣干燥與氨氣硬化相結(jié)合就能獲得較高強(qiáng)度的型殼，其制殼周期也大為縮短。硅酸硅酸硅酸乙酯型殼干燥硬化硅酸乙酯型殼干燥硬化 空氣中空氣中干燥硬化干燥硬化 潮濕的氨氣潮濕的氨氣中干燥硬化中干燥硬化 注 意： 當(dāng)型殼一浸入NH4Cl溶液中，在涂料層外表面上很快形成堅硬的膠膜，影響NH4Cl溶液向型殼內(nèi)層滲透。為加速NH4Cl溶液向內(nèi)層滲透，可在NH4Cl溶液中加入非離子型表面活性劑，可使型殼的硬化時間由原來的15-20分縮短至2-3分鐘。 圖2-1 脈動式制殼機(jī) 4. 脫模脫模(自型殼中熔失熔模）自型殼中熔失熔模）

46、 型殼完全硬化后，需將型殼中的蠟?zāi)Ｈ廴?，因模常為蠟基模料制成，所以此工序稱為脫蠟。根據(jù)加熱方法不同，有很多脫蠟方法，用的較多的方法有熱水法和蒸汽法。1 1） 熱水法熱水法此方法適合于蠟基模料和水玻璃型殼。 用80-90的熱水脫模。脫模時澆口杯朝上，使密度小于水的蠟料易于上浮。 水玻璃粘結(jié)殼脫蠟時熱水中通常加入少量NH4Cl或H3BO4，使型殼得到進(jìn)一步硬化，且可除去型殼中殘留的Na2O和NaCl，提高型殼質(zhì)量。（整個脫蠟過程在20-30分鐘內(nèi)完成）特點特點 （1）簡單易行，蠟料回收率高。 （2）若模組各部分厚薄不勻，或澆口杯厚大時，會使先期熔化的模料難于排除，使型殼膨脹或破裂。2 2） 蒸汽法

47、蒸汽法 用松香基模料制成的模組及采用硅酸乙酯水解液或硅溶膠作粘結(jié)劑制殼時普遍采用蒸汽脫模。 將模組澆口杯朝下放在高壓釜中，通入2-5個大氣壓的高壓蒸汽。模料受熱熔失。特點：特點： （1）效率高（整個脫蠟過程在6-10分鐘內(nèi)完成），可提高型殼強(qiáng)度。 （2）澆口杯直接受高壓蒸汽作用，澆口處熔化快，型殼膨脹可能性小3 3）其它脫蠟方法）其它脫蠟方法 目前國外已經(jīng)研究成功微波脫蠟、高溫閃燃法脫蠟和預(yù)熔法脫蠟。5.5.型殼的培燒型殼的培燒 脫模后，型殼在空氣中經(jīng)一段時間的自然干燥，在澆注液體金屬之前需將型殼經(jīng)高溫培燒。 目的：目的： （1）去除型殼中的水分、殘留模料、NH4Cl及鹽分。避免澆注時產(chǎn)生氣孔

48、、澆不足或惡化鑄件表面等缺陷。 （2）進(jìn)一步提高型殼強(qiáng)度 （3）提高金屬的成型性。 普通型殼-裝箱填砂培燒 高強(qiáng)型殼-直接裝爐培燒。 硅酸乙酯、硅溶膠型殼-950，1-2h 水玻璃型殼-800-850，1-2h 型殼培燒后即可出爐澆注. 焙燒焙燒 硅溶膠型殼的焙燒硅溶膠型殼的焙燒溫度一般為溫度一般為950-950-10501050，保溫，保溫30min30min以上。焙燒好的型殼以上。焙燒好的型殼應(yīng)為白色或薔薇色。應(yīng)為白色或薔薇色。作用：作用：1.1.減小澆鑄溫差減小澆鑄溫差2.2.清除水分、皂化物清除水分、皂化物焙燒爐有油爐、箱式電阻爐、煤氣爐等。焙燒爐有油爐、箱式電阻爐、煤氣爐等。2.3.

49、3 2.3.3 水玻璃涂料的配制及型殼制備水玻璃涂料的配制及型殼制備1 1 涂料性能的控制涂料性能的控制 水玻璃涂料的主要性能有：粘度、流動性、覆蓋性、水玻璃涂料的主要性能有：粘度、流動性、覆蓋性、分散均勻性及懸浮性等。分散均勻性及懸浮性等。2 2 粘度的控制粘度的控制模數(shù)模數(shù) 粘度粘度密度密度 粘度粘度溫度溫度 粘度粘度粉液比粉液比 粘度粘度3 3 涂片重（涂層厚度）涂片重（涂層厚度） 涂片重是采用涂片重是采用40mm40mm40mm40mm2mm2mm的不銹鋼片來測定的不銹鋼片來測定的。的。 2.3.4 熔模鑄造型芯熔模鑄造型芯 一般情況下熔模鑄造的一般情況下熔模鑄造的內(nèi)內(nèi)腔是與外形一道通

50、過涂掛涂料、腔是與外形一道通過涂掛涂料、撤砂等工序形成的撤砂等工序形成的，不用專制，不用專制型芯。但當(dāng)鑄件型芯。但當(dāng)鑄件內(nèi)腔過于窄小內(nèi)腔過于窄小或形狀復(fù)雜，或形狀復(fù)雜，常規(guī)的涂掛涂料、常規(guī)的涂掛涂料、撒砂等工序根本無法實施，或撒砂等工序根本無法實施，或內(nèi)腔型殼內(nèi)腔型殼無法干燥硬化無法干燥硬化時，就時，就必須使用預(yù)制的型芯來形成鑄必須使用預(yù)制的型芯來形成鑄件內(nèi)腔。這些型芯要等鑄件鑄件內(nèi)腔。這些型芯要等鑄件鑄成后再設(shè)法去除。成后再設(shè)法去除。 例如航空發(fā)動機(jī)空心渦輪例如航空發(fā)動機(jī)空心渦輪葉片，葉片的冷卻通道迂回曲葉片，葉片的冷卻通道迂回曲折，形若迷宮，就必須采用陶折，形若迷宮，就必須采用陶瓷型芯。圖

51、瓷型芯。圖5 51 1是一些典型的是一些典型的陶瓷型芯。陶瓷型芯。1. 1. 陶瓷型芯陶瓷型芯 陶瓷型芯是用粉狀耐火材料(石英法粉或剛玉粉)和作為增劑的蠟料(石蠟或蜂蠟等)以及一些其它其它附加物混成漿料物質(zhì),在金屬型中壓制成型,后經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成的陶瓷質(zhì)型芯。 制熔模時，把陶瓷型芯放在相應(yīng)的位置上，使陶瓷型芯組成熔模上的小孔洞，留在熔模中，并露出型芯的芯頭部分。制殼時，陶瓷型芯便借助芯頭與型殼組成一體，成為型殼的一部分，用它來形成鑄件的復(fù)雜內(nèi)腔。 例如：鑄件上的細(xì)長孔 直徑在0.5-1mm 長30-60mm的孔?？捎檬⒉ＡЧ艽嫣沾尚托? 采用陶瓷型芯在熔模鑄件上可鑄出非常復(fù)雜的內(nèi)腔,雖然工藝

52、復(fù)雜,但在一些重要零件的生產(chǎn)中,如航空發(fā)動機(jī)空心渦輪葉片方面起了重要作用.( 葉片的冷卻通道迂回曲折,形若迷宮,必須采用陶瓷型芯鑄造)2. 2. 易溶型芯易溶型芯 若熔模的內(nèi)腔是彎曲不平的,無法由壓型壓出,(無法拔模)，而是采用易溶型芯預(yù)先安放在壓型內(nèi)，壓制時與蠟?zāi)撼梢惑w，取出蠟?zāi)：蠓庞诶渌腥苋?，使熔模上形成彎曲的?nèi)腔（然后內(nèi)腔掛砂）常用材料為尿素（熔點130-133）例如耐酸泵葉輪用此工藝。3. 3. 其它型芯其它型芯（1）水玻璃型芯（2）樹脂型芯（3）樹脂砂替換拈結(jié)劑型芯 這是近年來國外提出來的一種低成本型芯。它是將傳統(tǒng)的樹脂砂芯滲人一種“替換粘結(jié)劑”，干后就作為熔模鑄造型芯使用。這種

53、型芯與陶瓷型芯相比，成本低，工藝簡便，澆注后型殼潰散性好，脫芯容易。很適合用于汽車行業(yè)和商業(yè)機(jī)械等行業(yè)的價位不高的熔模鑄件。圖514替換粘結(jié)劑應(yīng)用的一些實例。2.4 2.4 熔模鑄造的澆注與清理熔模鑄造的澆注與清理2.4.1 2.4.1 熔模鑄造的澆注熔模鑄造的澆注1 1熱型重力澆注熱型重力澆注 這是目前使用最廣泛的一種澆注形式，即型殼從培燒爐中取出后，立即在高溫進(jìn)行自由澆注。優(yōu)優(yōu) 點點：流動性好，輪廓清晰，尺寸精度高。缺缺 點點：（1）晶粒粗大，機(jī)械性能低 （2）鑄件表面脫碳、氧化 熱型澆注碳鋼時，冷卻較慢，鑄件表面易脫碳、氧化，從而降低了鑄件表面的硬度、光潔度、和尺寸精度。改善措施：（1）

54、細(xì)化晶粒 表面孕育表面孕育的方法 如生產(chǎn)鎳基、鐵基合金時，較普遍的使用混有表面孕育劑的涂料作為面層涂料制造型殼，澆入型殼中的金屬液在凝固時與型殼面層中的表面孕育劑（鋁酸鈷）作用，使鑄件晶粒變細(xì)。 加速冷卻加速冷卻也可在一定程度上細(xì)化晶粒。（2）控制澆注氣氛為還原性 蓋罩法蓋罩法:最簡單的方法是將剛澆注完的型殼用罩蓋住，并向罩內(nèi)滴煤油。煤油在高溫下分解為活性炭和氫，使罩內(nèi)氣氛呈還原性，防止鑄件表面脫碳、氧化 加還原物質(zhì)加還原物質(zhì):造型澆注時，可在填砂中加一些碳質(zhì)物質(zhì)，如：石墨、無煙煤、瀝青等，可使鑄件在還原氣氛中凝固。防止脫炭、氧化。2.2.真空吸鑄真空吸鑄 將型殼（如圖所示）放在真空澆注箱中，

55、澆口向下，下降吸鑄室，使直澆口浸在液體金屬中，同時抽真空，利用型殼本身具有一定透氣性的特點，通過型殼中微小的孔隙吸走型腔中的氣體，并將金屬吸入型腔，完成充型過程。 精鑄中工藝復(fù)雜、機(jī)械性能低、成本高三大缺點中后兩點可以在此得到緩解。因為用真空吸鑄代替了熱澆，另外計算好凝固時間，件凝但澆注系統(tǒng)未凝時停止負(fù)壓，使?jié)沧⑾到y(tǒng)中的液體金屬流回到熔池中，提高了金屬的收得率，降低了成本。 圖2-2 真空吸氣澆注裝置 示意圖真空吸鑄的優(yōu)點：真空吸鑄的優(yōu)點： （1）在一定真空度下充型和凝固，改善充填條件，可復(fù)制復(fù)雜薄壁鑄件。 （2）充型平穩(wěn)，可避免卷入氣體和熔渣。 （3）可以降低澆注溫度，節(jié)省能源。晶粒細(xì)、組織

56、致密、性能提高。 （4）直澆口向下，未凝金屬回流，提高金屬利用率，降低成本。真空吸鑄的缺點真空吸鑄的缺點： （1）要求型殼有更高的強(qiáng)度和透氣性。 （2）加壓停壓時間難以控制。 （3）對耐火材料要求高（型殼吸鑄口處長時間被熔融金屬浸泡）3.3.定向凝固定向凝固 一些溶模鑄件，如渦輪機(jī)葉片、磁鋼片等，如果結(jié)晶組織是按一定方向排列的柱狀晶，它們的工作性能將有很大提高（蠕變和抗疲勞性能明顯提高，工作溫度和壽命都得到提高）。如圖，澆注前，先將型殼放在感應(yīng)加熱的石墨套筒中的水冷底版上，先加熱型殼，使其溫度高于合金的熔點，然后向型殼內(nèi)澆入金屬，通過銅底版內(nèi)的循環(huán)水，帶走結(jié)晶時放出的熱量，晶體依溫度梯度，按垂

57、直于銅板的方向向上生長。與此同時，自下向上依次切斷感應(yīng)線圈電源，使結(jié)晶前沿保持一定的溫度梯度，保證柱狀晶順利發(fā)展。 圖2-3 定向結(jié)晶示意圖 l一石墨套 2一感應(yīng)圈 3一型殼 4水冷銅底版4. 4. 壓力下結(jié)晶壓力下結(jié)晶 壓力下結(jié)晶是將形殼放在壓力罐內(nèi)，當(dāng)澆注完畢后，即封閉壓力罐，并向其中通入高壓氣體（惰性氣體），使鑄件在壓力下凝固，提高鑄件的致密性。目前國外所用壓力達(dá)15.2Mpa5. 5. 細(xì)晶鑄造細(xì)晶鑄造 細(xì)晶鑄造技術(shù)的實質(zhì)就是控制鑄件凝固時形核和晶粒長大的條件，使鑄件獲得相當(dāng)或接近于鍛件的細(xì)小晶粒（0.10.5mm）組織，從而提高鑄件的抗疲勞性能，特別是低于760溫度下低周疲勞性能。并

58、減小力學(xué)性能的分散性，使鑄件的可靠性提高。普通鑄造和細(xì)晶鑄造IN713C合金整鑄渦輪晶粒度的對比如圖725所示，疲勞壽命及疲勞試驗結(jié)果重現(xiàn)性（標(biāo)準(zhǔn)差）的對比見表75。 1，細(xì)晶鑄造常用的方法: 熔模鑄件中需要采用細(xì)晶鑄造的并不只是整體鑄造渦輪，還有其它許多場合，例如某些導(dǎo)向和渦輪葉片等，所以細(xì)晶鑄造也有多種方法。 熔模鑄造高溫合金細(xì)晶鑄造常用的方法有化學(xué)法（含表面孕育法和整體孕育法）、熱控制法、動力學(xué)法（含第一代動力學(xué)法Grainex法機(jī)械攪動法和第二代動力學(xué)法Microcast法，簡稱Mx法）。這些方法的基本原理及應(yīng)用見表76。6. 6. 定向凝固加細(xì)晶鑄造（定向凝固加細(xì)晶鑄造（DSDSGXGX法）法）1一合金液 2一鑄型 3一型腔 4一水冷銅結(jié)晶器 5一冷卻水管一隔熱擋板 7一加熱器 8一結(jié)晶起始塊 p一振動器20世紀(jì)90年代以來，在美國宇航工業(yè)技術(shù)發(fā)展計劃安排下，由NASA（美國國家航空航天局）發(fā)起開展用于小型航空發(fā)動機(jī)的更先進(jìn)的整鑄渦輪的研究。目標(biāo)是在保證輪轂部分保持較好的低周疲勞性能的前提下，使葉片具有更高的抗蠕變斷裂性能。 美國Howmet和英國Rol1s Royce Allison合作，論證了一種能同時滿足上述二方面性能要求的新的鑄造工藝方法，稱之為DSGX法，即所得鑄件的葉片是定向柱晶，而輪緣和輪轂是細(xì)等軸晶，