第一节熔模铸造.

特种铸造篇1.本课题性质：内容:实践性和经验性很强，真正掌握须经过长时间的摸索和实践2.教材：浙江大学出版社曾昭昭主编的《特种铸造》3.学习方法：不要求具体数据。只要求掌握每种特种铸造方法的原理、特点、应用范围、优缺点等。绪论一、特种铸造的概念特种铸造是相对于一般砂型铸造而言的。把在造型材料、液体金属充填和凝固过程等方面与普通砂型铸造有所不同的铸造方法称为“特种铸造方法”二、特种铸造方法的分类特种铸造以砂为成型材料金属为成型材料熔模铸造陶瓷型铸造：金属型铸造压力铸造低压铸造离心铸造真空吸铸连续铸造挤压铸造…………三.特铸方法具有以下某些方面的优点1．尺寸精度、表面光洁度高，减少了机械加工，以达到无削切或少削切的目的。2．.能铸出形状十分复杂，壁很薄铸件，有的靠其它方法无法或很难完成。3．能获得特殊要求的铸件。如气密性、耐磨性，抗腐蚀性等。4．更适宜于高熔点、高粘滞性、易氧化的合金铸件及双金属铸件。5．减少浇注系统和冒口尺寸，提高金属利用率。6．不用或少用砂，减少车间粉尘，改善环境。7．便于机械化、自动化、提高生产率。（说明：并非每种铸造方法都具有以上所有优点，而是具有其中的一项或是几项优点。）第一章熔模铸造（精密铸造）第一节.概述1熔模铸造的工艺过程概念：熔模铸造的实质就是在蜡模表面涂覆多层耐火材料，待硬化干燥后，加热将蜡模熔去，而获得具有与蜡模形状相应的空腔型壳，在型壳中浇注金属获得铸件，该方法也称精密铸造，失蜡铸造制造压型压制蜡模制造型壳（挂涂料撒砂硬化）型壳脱蜡型壳焙烧浇注配制蜡料反复5-7次配制涂料金属熔炼熔模铸造的工艺过程2.熔模铸造的优缺点2.1优点（1）精度高：尺寸精度：表面光滑度铸件最小壁厚铸件尺寸公差光洁度砂型3mm100±1.0▽1-▽3熔模0.7（0.3mm）100±0.3▽3-▽6（2）形状无限制。适合于铸造某些结构、形状复杂的铸件。（因无需拔模，无分型面）（3）合金不受限制(一般适用于贵金属)2.2缺点（1）铸件性能不好。因为是铸态且为热浇（保证轮廓清晰）所以晶粒粗大，机械性能不好，所以精铸件很少在重要环境下工作。（2)工艺复杂成本高。（相对铸造高，而综合成本不高，相当于10倍的砂型铸造成本）（3）批量受限制。大批量生产成本降低。3.熔模铸件的技术特性3.1技术性能；较低对于精铸件δ（延伸度）αK（冲击韧性）бb（强度）都比较低，因为热浇、晶粒粗大。尤其是δ（延伸度）αK（冲击韧性）值较低，难以用在关键部位。3.2精度：高每个工厂的精度与工人和技术人员的技术水平，所用材料，生产环境等有关精密铸造的正常精度范围100±0.3高精度范围100±0.1砂型精铸表面光洁度Ra值▽1-▽3▽3-▽6（与壳型铸造相当）3.3铸件的尺寸：有限制小：精铸件壁厚最小可达0.3mm局部可达0.2mm最小孔径可达直径0.5最小铸件重量达几克。如柴油机喷油嘴顶杆重9克，用水玻璃石英砂型壳大：精铸件重量G过去大于10-20kg，(太大解决不了蜡蠕变和收缩变形问题)近年可铸出重600kg直径600-1000mm的整铸件进步归公于两点①塑料模的使用。蜡模太大易蠕变②凝固过程热计算的商业化3.4合金的种类：难加工类、高温、耐磨、特种合金类精铸工艺本身对合金种类无限制。但实际应用时很少有铸铁，有色等合金用精密铸造，原因是造价太高，不值得。实际上精铸只是用于两种合金：难加工类（包括形状难加工和金属难加工）；特种合金类（高温、耐磨等）所以精铸车间都与一些精密的熔炼设备相联系，如真空熔炼等。3.5应用举例图1离心叶轮该件突出的特点是尺寸大，壁薄。直径457mm、高228.6mm，重45kg。有高的尺寸精度要求、大部分件需经过x射线和荧光检查。材质为沉淀硬化马氏体不锈钢17－4PH（美国牌号）图2热交换器铝合金的热交换器,轮廓尺寸为190.5mm×139.7mm×55.9mm，壁厚为1.5mm，上面分布着1200多个小针，以提供最大的散热面积。件重0.184kg。图3壳体该壳体铸件结构复杂，该图是用两个切面解剖后的照片，可见其外形和内腔均很复杂，它的熔模是用13个不同的蜡模组装而成的。为铝合金熔模铸件，其尺寸为214.9mm×200mm×145mm，重2.36kg。1重型柴油机叶轮、壁很薄，机械加工等无法达到,用精铸法制造,制壳时要涂挂4-6次2（铸造手册P12图）气轮机静叶片、喷嘴形状复杂，以前用昂贵的机械加工。用普通方法铸造也困难。材料为1Cr13、2Cr13这种钢不好铸。现在硅酸乙酯—刚玉型壳精密铸造后抛光即可使用。3一个喷气发动机的涡轮喷嘴有半人高，形状特别复杂，任何方法不能造出，只能精铸。由此可见，在难加工，和一些高温、耐磨，特种合金的零件制造中，熔模铸造显示了其优越性。第二节.熔模的制造熔模铸造生产的第一个工序就是制作熔模（蜡模），熔模就是用来形成耐火型壳中型腔的模型，所以要想获得尺寸精度和表面光洁度高的铸件，首先熔模本身就应该具有高的尺寸精度和表面光洁度。此外，熔模本身的性能还应尽可能使随后的制型壳等工序简单易行。为获得上述高质量的熔模，除了应有好的压型-压制熔模的模具外，还必须选择合适的制模材料（简称模料）和合理的制模工艺。本节将对后两个问题进行叙述。对蜡模的基本要求高的尺寸精度表面光洁度使后续（制壳）工序简单易行获得高质量蜡模的条件好的压型（压制熔模的模具）选择合适的制模材料（简称模料）合理的制模工艺1模料1.1对模料性能的要求制模材料的性能不单应保证方便的制得尺寸精确和表面光洁度高、强度好、重量轻的熔模，它还应为型壳的制造和获得良好的铸件创造条件，所以模料的性能应能满足以下要求:①熔点要适中，通常希望60-100℃，以便于配制模料、制模、脱模。②要求模料有良好的流动性和成型性，在压制熔模时，半凝固状态的模料应能很好的充填满压型型腔，清晰的复制出型腔的表面，表面光洁，而且熔失熔模时易从型壳中流出。③一定的强度，表面硬度和韧性，防止变形损失。④高的软化点——模料开始发生软化变形的温度称为软化点。一般要求模料的软化点比工作场地室温高10-15℃，即35-40℃，南方要大于40℃。⑤小而稳定的膨胀系数，保证制得的熔模尺寸精确。⑥与耐火涂料有较好的润湿性，即使涂料有良好的涂挂性，而且与模料和耐火涂料不应该起化学作用。⑦其它：焊接强度高，比重小，灰份少，复用性好，价格便宜，来源丰实，对人体无害。1.2模料的种类、组成和性能①蜡基模料蜡基模料是以矿物蜡或动植物蜡为主要成分的模料，它在国内外熔模铸造生产中一直是一种使用最普遍的模料，最典型的例子是石蜡—硬脂酸模料。典型配方:石蜡50%+硬脂酸50%蜡基模料特点:强度高、刚性好、熔点适中，但流动性、润湿性、膨胀系数大。石蜡——是饱和族的固体碳氢化合物，是一个含有20个以上碳原子的烷烃，是炼制石油的副产品，外观为半透明枝状结晶。石蜡的熔点是随着其中碳原子的数量的增加而提高，一般作模料原材料的石蜡熔点为58-60℃，其热稳定性低，温度30℃时就可软化变形。石蜡熔化后，再凝固时易形成表面收缩，所以不能单独作模料使用。在模料中加入石蜡后，可提高强度，使模料不易产生裂纹，它不溶解于硅酸乙酯水解液中，但稍溶于无水酒精。硬脂酸——硬脂酸为固体的脂肪酸混合物，可由石油副产品石蜡经高温催化而制得。硬脂酸外观为纯白色或黄色的片状或针状的固体结晶。熔点58-60℃。在石蜡中加入硬脂酸可提高模料的热稳定性及流动性。此外，硬脂酸中含有极性基分子，可以改善模料与涂料的润湿性。硬脂酸能很好的溶解于乙基纤维素中，易和硅酸乙酯水解液相互起酯化作用，遇碱起皂化反应，其价格较贵。②松香基模料以松香为主要成分，属中高熔点模料。主要用来生产要求高的熔模铸件，如涡轮发动机叶片等。其配方举例：松香60%+川蜡30%+地蜡5%+聚乙烯5%松香75%+川蜡15%—+地蜡5%+聚乙烯5%松香——松香是切开松树皮后分泌出来的松脂，经蒸馏提出松节油而剩余物质，主要成分为松香酸。它能与石蜡很好互溶。软化点高、收缩率低，但黏度大，流动性差。地蜡——地蜡是饱和族的高分子固体碳氢化合物，为石油工业产品。其外观为白色或黄色的均匀物质，无气味。地蜡的牌号由它的熔点来确定。地蜡比石蜡具有较高的软化温度，所以保存时不易变形。地蜡不与水解的硅酸乙酯溶液相互起作用。其缺点是强度、硬度及塑性较低，收缩率很大。加入地蜡除了可细化川蜡的结晶组织和改善熔模的表面粗糙外，还可作为助溶剂，使聚乙烯与松香、川蜡复合基体均匀混合，提高聚乙烯的强化作用。川蜡——又称为白蜡、中国蜡、虫蜡，四川出产很多，是白蜡虫分泌于所寄生的树上的蜡，是我国的特产。不溶于水、乙醇和乙醚，易溶于苯。其优点是强度高、熔点高及流动性好，但脆性及收缩率较大，它能与松香互溶，形成松香与川蜡复合基体的模料，使之具有良好的综合性能。聚乙烯——由乙烯聚合而成的高分子化合物，低分子量为液体，高分子量的纯物质是乳白色蜡状固体粉末，经加入稳定剂后，加工成粒状，具热塑性。模料中加入聚乙烯能显著提高强度，热稳定性和韧性。③其它模料上述几种模料都有些缺点，影响使用，有的工厂试用新的模料，如聚苯乙烯（泡沫塑料），尿素模料、充填模料等。如聚苯乙烯（机车厂实型铸造的实体模）聚苯乙烯模料:是由苯乙烯在加热条件下聚合而成，是一种热塑性材料，外观为无色或淡红色非晶型颗粒。由于聚苯乙烯具有较高的强度，热稳定性好，收缩小及灰尘少等优点，因此宜作为制模材料。它熔点高，对温度变化不敏感。在60℃才开始变形，在82℃的临界温度下迅速膨胀，约在93℃软化，在204℃由于自发重量开始流动，在316℃流动相当舒畅，在400℃完全烧净。聚苯乙烯制模工艺复杂，不宜制作薄壁及形状复杂的熔模，且熔模的表面光洁度差。1.3模料的配制通常模料是由两种或两种以上原材料组成的，配制模料时是按照规定的成分及配比，将各种原材料先熔融成液态，然后经搅拌混合均匀，滤去杂质，浇成锭块或调制成糊状模料待用，有时也可用液体模料直接浇制。1.3.1模料配制需要遵守的原则A应根据各组分的互溶性来确定加料顺序。模料中分子结构相似，分子极性相同的物质互溶性好。反之，互溶性差或不互溶。如石蜡(线性分子结构)和松香(体形)不互溶，若将地蜡或微晶蜡(枝型)加入其中或加入一些其它多聚物然后再加松香，则三者很快溶合在一起。加热溶解熔化混合石蜡+地蜡或微晶+松香B严格控制温度上限和高温停留时间及合适的熔化装置。因为模料都是各种碳氢化合物的混合物，过热会发生氧化裂解，影响模料性能。1.3.2模料的配制方式A蜡基模料蜡基模料熔点都低于100℃，为防止模料的分解，对它的加热采用蒸汽加热或热水槽加热。对熔化后的模料要搅拌均匀，，在冷却过程中将蜡料制成糊状。图1-4熔化蜡基模料的加热槽具体办法有两种：a旋转浆叶搅拌法1/3熔融蜡料+2/3固体蜡料（充分粉碎）b活塞搅拌法借助活塞往复运动，迫使模料从活塞上小孔窜来窜去，模料被搅成糊状，根据放入模料的量，可以控制混入模料中的空气的量，使模料中的空气以细小的形式存在，这样可减少制模时的收缩率。图1-5旋转浆叶搅拌蜡基模料图1-6活塞搅拌蜡基模料B松香基模料由于松香基模料熔化温度较高，其加热采用电阻炉或工频炉感应加热方式。如：松香、地蜡、聚乙烯模料。先熔化地蜡，待升温至140℃时，在搅拌的情况下逐渐加入聚乙烯，在升温至220℃加入松香，全熔后在210℃时静置20-30分以排除气体，最后滤去杂质，在降温的情况下对模料进行搅拌，使成糊（60-80℃），如模料混合不好，它的黏度就会增大，晶粒粗大，使熔模质量降低，加热时防止温度过高，模料变质燃烧。140℃+聚乙烯220℃+松香地蜡加热搅拌加热搅拌至全熔210℃排除气体滤去杂质搅成糊状（60-80℃）静置20-30分1.4模料的回收使用松香基模料时，回收的模料用来制作浇冒口熔模使用蜡基模料，脱模后所获模料可回收，再用来制造新的熔模1.4.1蜡基旧模料的性能变化在循环使用时，模料的性能会变坏：脆性增大，灰尘增多，流动性下降，收缩率增大，颜色由白变褐，这些主要与模料中硬脂酸变质有关，也有其它原因。1.4.2蜡基模料变质