16型芯

§1.6熔模铸造型芯主要内容1.6.1概述1.6.2陶瓷型芯及制芯工艺1.6.1概述陶瓷型芯的作用：形成铸件的内腔结构，与型壳共同保证铸件对内腔的尺寸精度要求。陶瓷型芯通常用于形成形状复杂或不易成形的铸件的内腔，作为简化工艺难度降低成本提高制品合格率的一种特殊的工艺手段。陶瓷型芯1、熔模铸造型芯的基本要求1）耐火度高（高于合金的浇注温度）2）热膨胀率低，尺寸稳定（＜4×10-6/K）3）足够的强度（常温强度和高温强度）4）化学稳定性好（不污染合金）5）易脱除（大多采用化学腐蚀法）2、熔模铸造型芯的分类1）热压注陶瓷型芯2）传递成形陶瓷型芯3）灌浆成形陶瓷型芯4）水溶型芯5）水玻璃型芯6）替换粘结剂型芯7）细管型芯等国内外仍以热压注陶瓷型芯和传递成形陶瓷型芯为主，特别是前者应用最广，从材质看，主要是二氧化硅基和氧化铝基。1.6.2陶瓷型芯及制芯工艺1、热压注陶瓷型芯热压注陶瓷型芯是以基体材料和矿化剂为分散相，有机增塑剂为介质，经加热混合，使粉料与增塑剂形成流态浆料，然后在较高的压力下压注成形。热压注法陶瓷型芯实例单晶叶片陶瓷型芯1）成型方法在耐火粉料中加入热塑性材料（如蜡）为增塑剂制成陶瓷料浆，用热压注法制成型芯坯体，再经高温烧结成型芯。2）工艺流程3）型芯材料（1）基体石英玻璃具有最低的热膨胀系数和良好的溶失性，应用最广。石英玻璃是硅质陶瓷型芯的基体材料。关键是控制石英玻璃的粒度和纯度。石英玻璃的粒度、纯度均影响烧结过程和陶瓷型芯性能，应选用合理的粒度级配，严格控制其杂质含量。（2）矿化剂矿化剂的作用：降低烧结温度，促成烧结，并兼有提高型芯高温抗变形能力、以及提高石英玻璃析晶率等重要作用。常用矿化剂：氧化铝系、氧化钙系和氧化锆系及ACS（氧化铝系、氧化硅和氧化钙三元复合矿化剂）等。析晶石英玻璃在高温下析出二氧化硅结晶相（方石英晶体）的过程。矿化剂加入量（质量分数，%）烧成温度/℃极限使用温度/℃用途工业氧化铝5～151150～12001550一般用途铝矾土或莫来石5～151150～12001550一般用途氧化钙3～51150～12001550一般用途ACS51150～12001550一般用途锆石粉15～301150～12001650定向凝固铸造各种矿化剂的用量、使用温度和用途（3）增塑剂为保证陶瓷浆料能顺利压注成型，需加入增塑剂。增塑剂熔化后粘度应小，流动性好。常用的增塑剂有石蜡、蜂蜡、硬脂酸等。为提高型芯坯体强度，也常加入少量高聚物。加入方法：将蜡熔融加入粉料中制成具有一定流动性的陶瓷浆料，以便形成坯体。加入量：约20%，在保证成形的条件下尽量少加，以减少收缩，增加强度。石蜡蜂蜡聚乙烯松香硬脂酸955---9352--5050---47503--6035--53010-60-487-387增塑剂配比（质量分数，%）（4）表面活性剂（又称润湿剂）作用：减少陶瓷粉末与增塑剂之间的界面张力，提高润湿性和粉粒表面的滑动性,使两者能很好地混合、包覆，减少增塑剂的用量，有利于型芯的成形。常用的表面活性剂有：油酸、脂肪醇等物质。加入量：一般为粉料质量分数的0.5%～1.0%。美国TEMPCRAFT陶瓷型芯压注机4）制芯设备国产陶瓷型芯压注成型机5）制芯工艺（1）浆料制备a.将粉料和矿化剂置于球磨机内混磨2h以上,取出烘干,使水分含量低于质量分数0.3%.b.将15%～20%的增塑剂加入带搅拌器的不锈钢容器内,加热至85～95℃,并在搅拌的情况下加入粉料和0.5%～1.0%的油酸,继续搅拌4～5h,即可用于制芯或浇成锭块备用。（2）压制型芯坯体陶瓷型芯大多采用热压注成型，工艺参数类控制似于压注熔模。一般来说压力越大，压注温度越低，陶瓷型芯坯体变形越小，尺寸越准确。浆料压注温度/℃压注压力/MPa压型温度/℃保压时间/S脱模剂80～1202.7～4.030～5010～30硅油石英玻璃硅质陶瓷型芯坯体压注成形工艺参数（3）装钵和填充填料装钵是将压制成型的陶瓷型芯坯体埋入盛有填料的钵中，防止型芯在焙烧过程中变形损坏。型芯在匣钵内的放置示意图常用填料：经1300℃下保温4～6h焙烧过的工业氧化铝。填充：在振幅为0.2～0.5mm的振动台上填充填料并紧实。(4）烧结焙烧可分为排蜡和烧结两个阶段。通过加热将陶瓷型芯坯体中的增塑剂去除称排蜡。热压注硅质陶瓷型芯的焙烧工艺规范T＜600℃：为排蜡阶段。为使坯体不产生起皮、鼓泡等缺陷，此时升温要缓慢而均匀。T＞900℃：为烧结阶段。可以快速升温至终烧温度。通常终烧结温度在1100～1400℃之间，保温2～4h。（5）强化将某种粘结剂溶液浸入已烧成的陶瓷型芯中以提高其强度。强化分低温强化和高温强化。低温强化目的：提高型芯的室温强度。方法：将焙烧好的陶瓷型芯浸渗在溶有热固性树脂和固化剂溶液中。一般将型芯浸泡在强化剂中30min，常温强度可提高1.5～3倍。高温强化目的：提高型芯的高温强度。方法：可浸硅酸乙酯水解液或硅溶胶，能使高温强度提高30%～50%。经强化后的型芯5)型芯脱除除形状简单而尺寸较大的型芯用机械脱除法外，大多数陶瓷型芯采用化学腐蚀法脱除，如混合碱法，碱溶液法，压力脱芯法，氢氟酸法。脱芯方法脱芯材料脱芯温度/℃脱芯时间/h优点和应用范围清洗与中和混合碱法W(NaOH)35%+w(KOH)65%400～5000.5～1.0腐蚀性大，脱芯速度较快，受设备限制，多用于小批量生产1-热水冲洗2-冷水冲洗3-中和W(HCl)25%+W(H3PO4)25%+W(水)50%4-冷水冲洗5-用酚酞液滴入检测应为中性碱溶液W(NaOH)30%～40%水溶液w(KOH)60%～70%水溶液沸腾3～6腐蚀性较小，但脱芯速度慢，可用于大批量生产压力脱芯法W(NaOH)30%～40%的水溶液压力0.1～0.2MPa0.4～0.6腐蚀性较小，脱芯速度较快，适合大批量生产，但需专门设备氢氟酸法氢氟酸室温1～3腐蚀性和毒性大，但无专门设备，适合单件小批量生产水冲洗热压注法陶瓷型芯常用脱芯方法脱芯槽结构示意图压力脱芯罐结构示意图6)热压注陶瓷型芯的应用内腔形状复杂的高温合金和不锈钢铸件，例如定向凝固和单晶空心涡轮叶片等。2、传递成形陶瓷型芯成型方法：在陶瓷粉末中混入热固性树脂和高温粘结剂，高压压入热芯盒中成形。特点：型芯表面粗糙度达Ra1.27μm，优于热压压注法；尺寸精度与热压注法相当；型芯强度高，不易变形。脱芯方法：化学腐蚀法应用：主要适合真空熔炼高温合金铸件。传递成型制芯机3、灌浆成形陶瓷型芯成型方法：陶瓷粉末中加入粘结剂（硅酸乙酯水解液）和固化剂（例如氧化钙、氧化镁、醋酸铵、乙醇胺等）灌注入芯盒后自行固化成形；特点：型芯的表面质量和尺寸精度比热压注法和传递成形法差一些，强度和致密度也较低，适用于厚度较大的块状型芯。脱芯方法：机械方法；应用：内腔形状较宽厚的铸件。灌浆成型方法制成的陶瓷型芯和铸件4、水溶型芯成型方法：以遇水溶解（如食盐混合料等）或溃散（石膏混合料）的材料配成料浆，自由灌浆或紧实成形；脱芯方法：用水或稀酸溶失；应用：内腔形状较宽厚的有色合金铸件。水溶型芯5、水玻璃砂型芯成型方法：以水玻璃为粘结剂配置型砂，在紧实后浸入硬化剂（如氯化铵）硬化；脱芯方法：机械方法；应用：与水玻璃型壳配合使用。6、替换粘结剂型芯成形方法：在传统的树脂砂芯中渗入“替换粘结剂”，型壳焙烧时当树脂这类有机粘结剂燃烧失效后，替换粘结剂便会产生化学反应生成耐高温的无机粘结剂而发挥作用，以维持型芯的高温强度。脱芯方法：机械方法应用：尺寸精度和表面质量要求较低的民用产品用替换粘结剂型芯做成的型芯和铸件7、细管型芯成型方法：将金属或玻璃薄壁管材弯曲、焊接成复杂管道型芯；脱除方法：化学腐蚀或留在铸件中；应用：主要适合有色合金细孔铸件。（d＞3mm，L＜60d）细管型芯思考题：1、什么情况下需使用熔模铸造型芯？2、试述热压注硅质陶瓷型芯需用那些材料？3、试述热压注硅质陶瓷型芯的制芯工艺过程。2.5熔炼浇注与清理2.5熔炼浇注与清理应根据合金种类来选择熔炼设备及工艺熔模铸造以高温合金钢、低合金钢、碳钢为主，次之为有色合金，铸铁占10%左右2.5.1熔炼部分高温合金→真空感应电炉钛合金→真空自耗电极电弧凝壳炉真空熔炼一般钢、铜铝铸铁——非真空熔炼2.5.1熔炼2.5.2常用浇注方法①重力浇注重力浇注（浇包、直接、翻转浇注）浇包浇注热损失大、降温快金属液氧化较严重，易夹渣应用广泛模壳浇注现场炉嘴→型壳减少了转包过程中的降温和金属液氧化、夹渣要求型壳必须具有较高的强度直接浇注应用于中小精铸件将型壳倒扣在坩埚上，将坩埚缓慢翻转，使金属液浇入型壳金属液基本不氧化，又不降温，流动平稳，但需专门设备用于质量要求高，含铝、钛、铌等易氧化元素的不锈钢、部分高温合金翻转浇注翻转浇注示意图（a）安装型壳（b）翻转浇注(c)充型完毕翻转浇注②真空吸铸（CLA法）这种浇注方法的优点是提高了合金液的充型能力，铸件最小壁厚可达0.2mm，同时减少气孔、夹渣等缺陷，可显著提高铸件的工艺出品率（＞90%），特别适合生产质量要求较高的小型精细薄壁铸件。真空吸铸过程真空吸铸工艺过程示意图a）安装待吸型壳b）抽真空并开始吸铸c）充满金属液铸件凝固d）吸铸结束直浇道内属液回流将金属液浇入旋转铸型中，让金属液在离心力作用下成型应用：复杂薄壁件，流动性不佳的金属成形（如钛合金）③离心浇注④调压浇注在真空中一定压差下将金属液压入型腔，充型压差为0.01MPa～0.02MPa。随后保持压差并增大压力至0.5MPa～0.6MPa，使铸件在此压力下结晶。浇注铝合金时浇注温度680℃～700℃，型壳温度200℃～300℃。⑤低压铸造在金属液面上加空气压力使金属液在压力下，由下而上的充满铸型。应用：大型复杂薄壁件上⑥定向凝固液态金属冷却法让铸件按照指定方向凝固应用：航天航空用涡轮叶片等定向凝固2.5.3清理（1）清理工序清除型壳切割浇口磨内浇口清砂除氧化皮表面清整（2）清除型壳振动清壳高压水清理用10～4OMpa高压水射到铸件表面，清除型壳可使铸件轮廓清晰、表面光洁生产效率高劳动条件好经济性好高压水清理高压水清理当喷嘴直径为0.5～1.5mm时，最大冲击力在离喷嘴100～300mm处。铝铸件用8～10Mpa高压水钢铸件用20～40Mpa高压水（3）切割浇口砂轮切割平应用：碳钢、低合金钢、高合金钢、钛合金的中小件气割不平应用：碳钢、低合金钢切割浇口（4）表面清理喷砂喷砂自动线喷干砂利用压缩空气带24～300目砂喷出对铸钢件可喷刚玉砂、碳化硅砂、硅砂对铸铝件可喷玻璃砂、硅砂湿喷砂湿喷砂又称液体喷砂，水带着砂喷在铸件表面。比干喷砂有更好的表面光饰作用有更好的工作环境喷砂自动线（5）精整修正（砂轮、砂带、风动砂轮、锉刀等）矫正光饰（液体喷砂、砂带磨光、振动光饰等）表面处理（钝化、防锈）种类钝化(如美300系列不锈钢钝化工艺)抛丸水冲洗酸洗水冲洗抛丸水冲洗钝化碱洗水冲洗光整水冲洗热水洗吹干酸洗酸洗液（40℃）：盐酸20%、硝酸10%、水70%、缓蚀剂（乌洛托品）0.15%处理10～20min钝化钝化液（40℃）：硝酸28%、氢氟酸14%、水58%处理10～30s（6）热等静压处理（HIP）让件在高温、高压下发生蠕变，使内部封闭孔隙（气孔、缩松等）被压实闭合，铸件缺陷得到修复，性能明显改善。原理工艺将件放入炉内降温，卸压抽真空保温加热到金属（0.6～0.9）Ts的固相线温度充氩气加压到13～15Mpa热等静压处理前后铸件断面照片本章重点1、熔模铸造的工艺流程2、模料、耐火粉料、黏结剂等熔模铸造材料选用时的要求3、熔模、型壳的制造习题一、名词解释1、硅溶胶2、树脂模料3、皂化物4、涂料的粉液比5、析晶二、填空题1.熔模铸造的模料强度通常以来衡量。2.硅溶胶型壳的干燥过程实质上就是硅溶胶的过程。3.一般说来说：硅溶胶中SiO2含量越高、密度越大，则型壳强度越。4.涂料中最基本的两个组成和之间的比例，即为涂料的粉液比。5.通常按模料熔点的高低将其分为、和模料。6.硅溶胶中Na20含量和PH值反映了