第一章熔模鑄造

1、特種鑄造主講人：王榮峰緒論 鑄造 ：將熔熔金屬液澆入具有鑄件形狀的鑄型空腔內(nèi)，經(jīng)冷卻凝固后獲得具有一定性能的鑄件的方法 鑄造 = 充型 + 凝固 （澆鑄系統(tǒng)） （冒口系統(tǒng) ） 特種鑄造：除普通砂型鑄造方法以外，其他所有的鑄造 方法都叫做特種鑄造補(bǔ)充： 鑄鐵 C2.11% G（石墨） 體積膨脹 小冒口 鑄鋼 C2.11% 體積收縮 大冒口第一章第一章 熔模鑄造熔模鑄造金屬材料工程教研室金屬材料工程教研室概念：概念： 熔模鑄造又稱“失蠟鑄造”，通常是在蠟?zāi)１砻嫱可蠑?shù)層耐火材料，待其硬化干燥后，將其中的蠟?zāi)Ｈ廴ザ瞥尚蜌?，再?jīng)過焙燒，然后進(jìn)行澆注，而獲得鑄件的一種方法，由于獲得的鑄件具有較高的尺寸精

2、度和表面光潔度，故又稱“熔模精密鑄造”。工藝流程：工藝流程： 熔模鑄造的工藝過程包括：蠟?zāi)Ｖ圃?、結(jié)殼、脫蠟、焙燒和澆注等，流程圖如下：熔模鑄造過程示意圖 熔模鑄造的特點(diǎn)：熔模鑄造的特點(diǎn)：鑄件的精度和表面質(zhì)量較高（精度可達(dá)CT47，Ra1.612.5）。合金種類不受限制，鋼鐵及有色金屬均可適用。可鑄出形狀復(fù)雜的鑄件（壁厚最小0.5mm，最小孔徑0.5mm，最小重量1g）。生產(chǎn)批量不受限制。工藝過程較復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，成本高，鑄件尺寸不能太大。鑄件冷卻速度慢，鑄件晶粒粗大。1 11 1 熔模的制造熔模的制造一、對(duì)模料的性能要求一、對(duì)模料的性能要求1 1、熱物理性能、熱物理性能熔點(diǎn)：一般在60 10

3、0度范圍內(nèi)。開始和終了熔化溫度范圍：以510為宜。軟化點(diǎn)：一般不低于35 40度。收縮率：一般要求小于1。2 2、力學(xué)性能、力學(xué)性能強(qiáng)度：不應(yīng)低于2.0MPa。表面硬度：針入度以4 6度為佳。3 3、工藝性能、工藝性能可焊性：具有良好的焊接性能和焊接強(qiáng)度。流動(dòng)性：獲得形狀準(zhǔn)確和表面光潔的熔模。圖掛性：模料應(yīng)能很好的為耐火材料所潤(rùn)濕?；曳郑阂M可能少，應(yīng)低于0.05。4 4、其他性能、其他性能 還要求模料的密度小，回收方便，復(fù)用性好，無(wú)公害及來源豐富，價(jià)格低廉等。 二、模料的種類、組成和性能二、模料的種類、組成和性能1 1、蠟基模料（低溫模料）、蠟基模料（低溫模料）（1 1）烷烴蠟）烷烴蠟 其分

4、子式為CnH2n+2。烷烴蠟在室溫下是非常穩(wěn)定的，烷烴蠟在100 以上會(huì)氧化，氧化反應(yīng)的結(jié)果使碳-碳鏈斷裂，并生成低分子量的脂肪酸、醇、二元羥酸、水等產(chǎn)物。由此說明，烷烴蠟的使用溫度應(yīng)不超過100 。1 1）石蠟）石蠟n=1736，主要由正構(gòu)烷烴組成，n越大，熔點(diǎn)越高，鑄造上常用58 64度石蠟。石蠟是晶體。石蠟的強(qiáng)度低，塑性好，硬度差（針入度為150）。 2 2）地蠟）地蠟n=3553，主要由異構(gòu)烷烴組成，是微晶型蠟。熔點(diǎn)比石蠟高，熱穩(wěn)定性好，能與石蠟互溶。有提純地蠟和合成地蠟兩種，地蠟價(jià)高。（2 2）脂肪酸蠟）脂肪酸蠟分子式CnH2n+1COOH，為晶體。酸性：固態(tài)時(shí)酸性不明顯，熔融時(shí)隨溫

5、度升高，酸性增強(qiáng)，能與Al、Fe起置換反應(yīng)。反應(yīng)：一是與堿性物質(zhì)起中和反應(yīng)皂化反應(yīng)。 二是與醇發(fā)生脂化反應(yīng)，生成脂肪酸脂和 水。 （3 3）酯蠟）酯蠟 是高級(jí)脂肪酸和高級(jí)飽和一元醇進(jìn)行脂化反應(yīng)生成酯的混合物，其分子式為RCOOR。主要包括川蠟C25H51COOC26H53和蜂蠟C15H31COOC30H61 。在實(shí)際生產(chǎn)中采用石蠟硬脂酸各50的配比。2 2、樹脂基模料（中溫模料）、樹脂基模料（中溫模料）松香松香是一種天然樹脂，其化學(xué)成分主要是松香酸C19H29COOH，熔點(diǎn)70 75 較高，但是軟化點(diǎn)較低45）：其中有硅線石類 、莫來石和鋁礬土 目前常用的鋁硅系耐火材料有以下幾種：1）粘土質(zhì)耐

6、火材料 是指Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約30一46，礦物組成以高嶺石為主的耐火粘土，其分子式為Al2O32SiO22H2O。分為生料（軟質(zhì)粘土） 和熟料（硬質(zhì)粘土）,主要用于加固層涂料。2）鋁礬土（ Al2O3含量在4580 ） 高嶺石及含水氧化鋁（水鋁石Al2O3H2O、波美石Al2O3H2O，三水鋁石Al2O33H2O等）。3）莫來石質(zhì)耐火材料（ Al2O3含量在6772 ） Al2O3含量在6772 。 5、鋯砂 鋯砂分子式為ZrO2SiO2（或ZrSiO4），理論組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為ZrO223、SiO232.77。（主要用來配制面層涂料）當(dāng)含有氧化物等雜質(zhì)時(shí)，分解溫度會(huì)下降：含有Ca、Mg氧

7、化物時(shí)，分解溫度降至1300左右；含有K、Na氧化物時(shí)，其開始分解溫度會(huì)降至900左右。 6、鋁硅系耐火材料的存在的問題1）脫殼性差由于雜質(zhì)存在產(chǎn)生的液相燒結(jié)；由于存在耐火顆粒間的SiO2凝膠固相燒結(jié)。2）型殼透氣性差 由于燒結(jié)不良造成的強(qiáng)度和硬度較低，在使用中易碎、粉塵增多所致。3）涂料的穩(wěn)定性 堿性氧化雜質(zhì)含量較多，影響硅酸乙酯涂料的穩(wěn)定性。 二、制殼粘結(jié)劑二、制殼粘結(jié)劑1、對(duì)粘結(jié)劑性能的要求應(yīng)能將粉狀和粒狀耐火材料牢固地粘結(jié)在一起。使型殼具有足夠高的強(qiáng)度；應(yīng)具有良好的耐熱性，以保證型殼在高溫焙燒、澆注以及鑄件凝固過程中具有足夠的高溫強(qiáng)度，粘結(jié)劑最終生成的耐高溫氧化物，在高溫下應(yīng)具有良好的

8、化學(xué)穩(wěn)定性。應(yīng)能很好潤(rùn)濕熔模，與模料不起化學(xué)反應(yīng)，保證準(zhǔn)確復(fù)制出熔模輪廓，使型殼內(nèi)表面光滑；具有適當(dāng)?shù)恼扯?，保證制殼過程中有良好的涂掛性和滲透性。 2、水玻璃粘結(jié)劑（1）水玻璃的分類與組成 水玻璃是硅酸鈉的水溶液，水玻璃的主要化學(xué)成分是SiO2和Na2O。有鉀水玻璃和鈉水玻璃之分。作為熔模鑄造粘結(jié)劑用的水玻璃是鈉水玻璃鈉水玻璃。 其制造方法 ： （2）水玻璃的幾個(gè)性能參數(shù)1）模數(shù) Na2OmSiO2表示水玻璃的組成，m稱之為模數(shù)模數(shù)。 M愈高表明SiO2的相對(duì)含量愈高；M愈小，表明Na2O的相對(duì)含量愈高。其模數(shù)通常為2.23.5。模數(shù)不能太高也不能太低。 2）濃度水玻璃的濃度實(shí)際指的是其中硅酸

9、鈉的含量，一般用密度來間接表示。一般用密度表示：低密度低密度：粘度低，可配制粉液比高的涂料，型殼工作表面的致密，但制的的型殼強(qiáng)度低，一般只用在制面層涂料，常取1.251.27g/cm3。高密度高密度：濃度高，濕強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度高，一般取1.291.32g/cm3。 3）粘度 （3）水玻璃模數(shù)和比重的調(diào)整 1）調(diào)整的目的 熔模鑄造生產(chǎn)中，通常把水玻璃的模數(shù)控制在2.53.4的范圍。而其比重應(yīng)小于1.34。 降低密度加水； 提高模數(shù)加氯化銨或鹽酸。 第二節(jié)第二節(jié) 制殼原材料制殼原材料 2）調(diào)整的配料計(jì)算所需的水量需的氯化銨或鹽酸溶液的重量 水玻璃處理的方法不能使用固體氯化銨或濃鹽酸直接加入 。 3

10、3、硅酸乙酯粘結(jié)劑、硅酸乙酯粘結(jié)劑（1）硅酸乙酯及其性能 其化學(xué)通式為(C2H5O)2n2SinOn1，是由正硅酸乙酯與各種聚乙氧基硅氧烷所組成的混合物，其中n成為聚合度。 名義SiO2含量：我國(guó)：硅酸乙酯32和硅酸乙酯40國(guó)外：硅酸乙酯50 23. 123. 2%)()(%21225222nnSiOOSiOHCSiOSiOnnnn （2）硅酸乙酯水解過程原理 1)水解過程中的水解和縮聚反應(yīng) 2)加水量對(duì)水解過程的影響 M水的分子數(shù)/RO的分子數(shù) M0.25的水解 其水解反應(yīng)式如下： 水解液中主要為二聚體分子，基本上不存在游離水。0.25M0.5的水解 水解液中產(chǎn)物為線型低聚物(低聚乙氧基硅氧

11、烷)，出現(xiàn)游離水，乙氧基含量降低。M0.5的水解 其水解反應(yīng)式如下： 水解液中產(chǎn)物為線狀高聚物，水解液中游離水量增加，乙氧基含量更降低。0.5M0.75的水解 0.5O/Si1，水解液中產(chǎn)物為局部交聯(lián)及枝化的聚乙氧基硅氧烷；游離水量更增加；乙氧基含量進(jìn)一步降低。 M0.75的水解 其水解反應(yīng)式如下： 水解液中產(chǎn)物為三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的聚乙氧基硅氧烷。水解液中游離水量進(jìn)一步增加，乙氧基含量進(jìn)一步降低。 M1的水解 其水解反應(yīng)式如下： 水解液中產(chǎn)物為正硅酸Si(0H)4，縮聚成硅酸多聚體，形成硅酸溶膠。3)加水量對(duì)水解液性能的影響 一般應(yīng)該選擇M0.250.4。（3 3）水解過程中各組元作用及其數(shù)量計(jì)算

12、）水解過程中各組元作用及其數(shù)量計(jì)算1）加水量的確定 硅酸乙酯的加水量按照下式確定： 的值根據(jù)SiO2的含量按照下表確定： 2)乙醇的作用及其加入量的確定3）鹽酸的作用及其加入量的確定 為提高水解反應(yīng)的速度，通常用鹽酸溶液作催化劑。 （4）硅酸乙酯的水解工藝 硅酸乙酯的水解加料順序既可采用兩步法，也可采用綜合法。 第一章第一章 熔模鑄造熔模鑄造 13 型殼的制造工藝一、型殼的制備1、涂掛和撒砂2、型殼的干燥和硬化(1)硅溶膠粘結(jié)劑型殼的干燥 主要任務(wù)是排除型殼中的水分。(2)水玻璃粘結(jié)劑型殼的干燥及硬化1）型殼的干燥 2）化學(xué)硬化的實(shí)質(zhì)及作用第一章第一章 熔模鑄造熔模鑄造3）硬化過程及其影響因素

13、 硬化實(shí)際上存在著表面硬化表面硬化和和滲透硬化滲透硬化兩種不同的情況 (3)硅酸乙酯粘結(jié)劑型殼的干燥溶劑的蒸發(fā)過程 硅酸乙酯繼續(xù)水解和縮聚 第一章第一章 熔模鑄造熔模鑄造 二、脫模和焙燒1、脫模熱水脫模法 蒸汽脫模法閃燒(熱沖擊)脫模法 2、型殼的焙燒第一章第一章 熔模鑄造熔模鑄造 14 熔模鑄件的澆注和清理一、澆注1、熱型重力澆注第一章第一章 熔模鑄造熔模鑄造 2、真空吸鑄第一章第一章 熔模鑄造熔模鑄造 3、離心澆注第一章第一章 熔模鑄造熔模鑄造 4、定向凝固第一章第一章 熔模鑄造熔模鑄造 二、清理二、清理1、從鑄件上清理型殼第一章第一章 熔模鑄造熔模鑄造 2、切割澆冒口第一章第一章 熔模鑄

14、造熔模鑄造第一章第一章 熔模鑄造熔模鑄造 3、鑄件表面的清理（1）堿溶液清洗法 (2)堿爆清理（見下頁(yè)）（3）電化學(xué)清理 第一章第一章 熔模鑄造熔模鑄造第一章第一章 熔模鑄造熔模鑄造金屬材料工程教研室金屬材料工程教研室1 15 5 熔模鑄件的工藝設(shè)計(jì)熔模鑄件的工藝設(shè)計(jì)熔模鑄造工藝設(shè)計(jì)的任務(wù)如下：分析鑄件結(jié)構(gòu)的工藝性。選擇合理的工藝方案，確定有關(guān)的鑄造工藝參數(shù)，在此基礎(chǔ)上繪制鑄件圖。設(shè)計(jì)澆冒口系統(tǒng)，確定模組結(jié)構(gòu)。一、鑄件結(jié)構(gòu)工藝性分析一、鑄件結(jié)構(gòu)工藝性分析鑄件的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡能滿足下述兩方面的要求：鑄件的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡能滿足下述兩方面的要求：鑄造工藝越簡(jiǎn)單越好；鑄造工藝越簡(jiǎn)單越好；鑄件在成形過程中應(yīng)不易形成

15、缺陷。鑄件在成形過程中應(yīng)不易形成缺陷。第一章第一章 熔模鑄造熔模鑄造 1、為簡(jiǎn)化工藝對(duì)熔模鑄件結(jié)構(gòu)的要求（1）鑄件的孔、槽孔的直徑大于2mm，槽的寬度應(yīng)大于2mm。（2）鑄件的內(nèi)腔鑄件的內(nèi)腔應(yīng)盡可能的平直 。（3）鑄件的壁通常壁厚為28mm，不小于1.5mm。 2、對(duì)熔模鑄件結(jié)構(gòu)的要求（1）應(yīng)盡可能避免有大的平面。 第一章第一章 熔模鑄造熔模鑄造（2）鑄件壁的交叉相接處要做出圓角；薄、厚斷面要逐步過渡。第一章第一章 熔模鑄造熔模鑄造 （3）為防止?jié)膊蛔愕娜毕?，鑄件壁厚不要太薄，一般為28mm。二、澆冒口系統(tǒng)的設(shè)計(jì)二、澆冒口系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1、澆冒口系統(tǒng)的類型（1）由直澆道和內(nèi)澆道組成的澆冒系統(tǒng)（2）使用橫澆道的澆冒口系統(tǒng)第一章第一章 熔模鑄造熔模鑄造第一章第一章 熔模鑄造熔模鑄造 （3）專用冒口補(bǔ)縮第一章第一章 熔模鑄造熔模鑄造 2、澆冒口系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（1）由直澆道和內(nèi)澆道組成的澆冒口系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 常用的圓柱形直澆道直徑為2060mm。（2）帶有橫澆道的澆鑄系統(tǒng)中橫澆道的設(shè)計(jì)（3）冒口的設(shè)計(jì)第一章第一章 熔模鑄造熔模鑄造第一章第一章 熔模