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(guó)和印度是最早起源的國(guó)家。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(jiǎn)單說(shuō)就是用易熔材料（如蠟料或塑料）制成可熔性模型（簡(jiǎn)稱(chēng)熔?；蚰Ｐ停谄渖贤扛踩舾蓪犹刂频哪突鹜苛?，經(jīng)過(guò)硬化形成整體型殼，熔掉模型，焙燒后澆入金屬液而得到鑄件。定義定義2.1 概述：熔模鑄造的原理及特點(diǎn)2.1.1 原理：熔模鑄造就是在蠟?zāi)＃ㄒ部捎脴?shù)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(chēng)為失蠟鑄造（Lost Wax Casting

2、）。 隨著生產(chǎn)技術(shù)水平不斷提高。新的蠟?zāi)９に嚥粩喑霈F(xiàn)，以及可供制模材料的品種日益增多，現(xiàn)在去模的方法己不再限于熔化，而且也不限于蠟?zāi)＃部捎盟芰夏?，但因?xí)慣的原因，仍沿用原來(lái)名稱(chēng)。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(chēng)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，表面粗糙度值低，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 熔模鑄造的基本特點(diǎn): 制殼時(shí)采用可熔化的一次模，因無(wú)

3、需起模，故型殼為整體而無(wú)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(diǎn)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(jí)，粗糙度可達(dá)Ra2.5-6.3m；（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

4、、降低生產(chǎn)成本。（5）鑄造合金的類(lèi)型幾乎沒(méi)有限制，常用來(lái)鑄造合金鋼件、碳鋼件和耐熱合金鑄件；（6）生產(chǎn)批量沒(méi)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(diǎn)是：工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，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(guò)程 見(jiàn)圖2-1。可用熔模鑄造法生產(chǎn)的合金種類(lèi)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(duì)熔模

5、模料性能的基本要求概括為：1. 熱物理性能：主要指有合適的熔化溫度和凝固區(qū)間、較小的熱膨脹和收縮、較高的耐熱性（軟化點(diǎn)）和模料在液態(tài)時(shí)應(yīng)無(wú)析出物，固態(tài)時(shí)無(wú)相變；2. 力學(xué)性能：主要有強(qiáng)度、硬度、塑性、柔韌性等。3. 工藝性能：主要有粘度（或流動(dòng)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(shí)脹裂型殼的可能性。模料的線(xiàn)收縮率一般應(yīng)小于1.0%，好的模料線(xiàn)收縮率可達(dá)0.30.5%。 3）軟化點(diǎn)：模料開(kāi)始軟化變形

6、的溫度。40。 耐熱性是指溫度升高時(shí)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(guò)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(dòng)性 為了完滿(mǎn)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(shí)具有良好的流動(dòng)性，但模料流動(dòng)性過(guò)高，注入型腔時(shí)容易形成紊流、飛濺，使熔模表面產(chǎn)生流線(xiàn)、氣泡等缺陷，所以壓注時(shí)模料的流動(dòng)性要適當(dāng)

7、，不宜過(guò)高或過(guò)低。模料的流動(dòng)性可通過(guò)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(lái)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(shì)必對(duì)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(lèi) 隨著熔模鑄造工藝的發(fā)展，模料的種類(lèi)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(lèi)：可分為蠟基模料、樹(shù)脂

8、基模料、填料模料及水溶性模料等4類(lèi)。2. 按模料熔點(diǎn)的高低將其分為高溫、中溫和低溫模料。3類(lèi)。2.2.2.1 蠟基模料 A .石蠟石蠟：飽和的固體碳?xì)浠衔?，含有：飽和的固體碳?xì)浠衔?，含?0個(gè)個(gè)以上碳原子烷烴的混合物。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(xiàn)有明顯而確定的平臺(tái)。晶態(tài)物質(zhì)，冷卻曲線(xiàn)有明顯而確定的平臺(tái)。耐熱性較差，收縮率約為耐熱性較差，收縮率約為0.61.5%。針入度針入度15度，硬度較低，因此配以硬脂酸?；瘜W(xué)性度，硬度較低，因此配以硬脂酸?；瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，質(zhì)穩(wěn)定，140以上分解以上分解碳化碳化。 牌號(hào)：牌號(hào)：50

9、，52,70.(熔模鑄造用熔模鑄造用58-64)，對(duì)，對(duì)應(yīng)其熔點(diǎn)。應(yīng)其熔點(diǎn)。 N =30,熔點(diǎn)熔點(diǎn)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(rùn)濕能力潤(rùn)濕能力） 與石蠟互溶，強(qiáng)度高，熔點(diǎn)高（與石蠟互溶，強(qiáng)度高，熔點(diǎn)高（2069），熱穩(wěn)定），熱穩(wěn)定性好（性好（工業(yè)用常含雜質(zhì)油酸工業(yè)用常含雜質(zhì)油酸易氧化，降低穩(wěn)易氧化，降低穩(wěn)定性定性），硬度大），硬度大 石蠟與硬脂酸配合使用調(diào)整其比例來(lái)控制性能石蠟與硬脂酸配合使用調(diào)整其比例來(lái)控制性

10、能（軟化點(diǎn)（軟化點(diǎn) 強(qiáng)度等）強(qiáng)度等）（1:1） 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(diǎn)、流動(dòng)性、涂掛性提高，硬脂酸含量增加，軟化點(diǎn)、流動(dòng)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(shù)脂基模料 松香：軟化點(diǎn)松香：軟化點(diǎn)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(diǎn)：易于配制（優(yōu)點(diǎn)：易于配制（熔點(diǎn)較低熔點(diǎn)較低），復(fù)用性好。），復(fù)用性好。 不足：軟化點(diǎn)過(guò)低，收縮率略大，硬脂酸價(jià)格過(guò)

11、高。不足：軟化點(diǎn)過(guò)低，收縮率略大，硬脂酸價(jià)格過(guò)高。 松香基模料松香基模料 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 兼顧蠟基的長(zhǎng)處，表面光亮、針入度小，常用于精度要求很兼顧蠟基的長(zhǎng)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(guó)外模料分類(lèi)：填料模料和無(wú)填料模料 國(guó)外占模料市場(chǎng)50%以上份額。 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(duì)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

12、拌均勻，濾去雜質(zhì)澆制成合乎要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(diǎn)低于100度，大多采用蒸汽加熱或熱水槽加熱。 對(duì)熔化后的模料要攪拌均勻，并用100號(hào)或140號(hào)篩過(guò)濾除去雜質(zhì)。然后放入容器中，在冷卻過(guò)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(dòng)帶孔活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)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(diǎn)高）熔化設(shè)備：不銹鋼電熱鍋（熔點(diǎn)高）3. 模料配制工藝要點(diǎn)：模料配制過(guò)程中應(yīng)

13、該注意的三點(diǎn)：模料配制過(guò)程中應(yīng)該注意的三點(diǎn)：A A 嚴(yán)格控制溫度的升限和在高溫下停留的時(shí)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(shí)間。避免模料的燒損燒損和和變質(zhì)變質(zhì)。（防止局部過(guò)熱）（防止局部過(guò)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：溶劑優(yōu)先，互溶在前。原則：溶劑優(yōu)先，互溶在前。 C C 充分?jǐn)嚢瑁ɑト埽瑸V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1)概念概念 去除模料中的雜質(zhì)，恢復(fù)其性能的工藝過(guò)程去除模料中的雜質(zhì)，恢復(fù)其性能的工藝過(guò)程稱(chēng)之為模料的回收或復(fù)生。稱(chēng)之為模料的回收或復(fù)生。 2

14、) 2) 模料變質(zhì)模料變質(zhì)的原因（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(shí)，回收的模料用來(lái)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(lái)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(shí)，模料的性能會(huì)變壞：脆性增大，灰塵增多，流動(dòng)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

15、原因。蠟基模料變質(zhì)的原因蠟基模料變質(zhì)的原因（1）蠟基模料中硬脂酸變質(zhì)(發(fā)生皂化反應(yīng)) l硬脂酸呈酸性，它能和化學(xué)活性比氫強(qiáng)的金屬反應(yīng)，如熔制熔模時(shí)，與一些鋁、鐵工具接觸便發(fā)生以下置換反應(yīng)：2Fe+6C17H35COOH=2Fe（C17H35COO）3+3H22Al+6C17H35COOH=2Al（C17H35COO）3+3H2 l用水玻璃作型殼黏結(jié)劑時(shí)，硬脂酸會(huì)與NaOH發(fā)生中和反應(yīng)：NaOH+C17H35COOH=C17H35COONa+H2O l在熔失熔模時(shí)，硬脂酸會(huì)和硬水中的Ca、Mg鹽類(lèi)起復(fù)分解反應(yīng)：Ca（HCO3）2+2C17H35COOH=Ca（C17H35COO）2+CO2+2H

16、2O以上反應(yīng)統(tǒng)稱(chēng)為皂化反應(yīng)，所產(chǎn)生的硬脂酸鹽稱(chēng)為皂鹽或皂化物，大都不溶于水，但卻能與模料均勻混合使模料性能變壞。 （2）砂和涂料的污染熔模制好后，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(guò)程中，有時(shí)會(huì)受到砂和涂料等異物的污染。所以，制模車(chē)間一定要注意工作場(chǎng)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(tái)潔凈） （3）熔失熔模時(shí)過(guò)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(C

17、17H35COOH)+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)充使用回收蠟基模料的處理方法回收蠟基模料的處理方法 （1） 鹽酸（硫酸）處理法鹽酸（硫酸）處理法具體方法為將水和舊模料放在不生銹的容器中（水占模料的25-35%）加熱至80-90，然后加入模料重3-

18、5%的工業(yè)鹽酸（或2-3%的濃硫酸）繼續(xù)加熱，使酸與模料充分反應(yīng)，經(jīng)30-40分鐘后，靜置使水與模料分離，然后過(guò)濾，澆成錠，由于硬脂酸鐵與鹽酸反應(yīng)是可逆的且很快達(dá)到平衡，因此模料中的硬脂酸鐵難以去除干凈。鹽酸和硫酸都可使除硬脂酸鐵以外的硬脂酸鹽還原為硬脂酸：Me（C17H35COO）+HCl=C17H35COOH+MeCl80-90模料+25-35%水（占模料比重）加3-5%鹽酸（或2-5%硫酸）加熱攪后保溫靜置，使模料充分反應(yīng)30-40分（2） 活性白土處理法活性白土處理法活性白土是有一種經(jīng)酸處理后的黏土，它的晶格由硅氧四面體和鋁氧八面體交叉成層構(gòu)成，各層間有大量的孔隙。好的白土，其孔隙率可

19、達(dá)60-70%，有很大的比表面積。因而具有較高的吸附能力，能吸附模料中硬脂酸鹽。此外，活性白土中的陽(yáng)離子（特別是三價(jià)鋁離子）還能和模料中的帶負(fù)電荷的的膠狀雜質(zhì)結(jié)集成中性質(zhì)點(diǎn)，變成凝膠下沉。所以可用活性白土去除模料中的硬脂酸鹽。生產(chǎn)中一般用此法作為鹽酸處理的補(bǔ)充工序，即每隔一段時(shí)間將用鹽酸處理過(guò)的模料加熱到120左右，向模料中加入烘干的活性白土（為模料重的10-15%）進(jìn)行攪拌，半小時(shí)后，在120下保溫靜置4-5小時(shí)，待活性白土與液態(tài)模料充分分離后即可處理好模料。模料120+白土（10-15%）攪拌半小時(shí)120下靜置4-5h鹽酸處理過(guò)加熱烘干（3）電解法電解法電解處理方法可去除模料中的硬脂酸鐵。

20、電解液濃度為2.8-3.5%，溫度為80-85的鹽酸溶液，處理時(shí)向電解槽中加入經(jīng)酸處理的熔融模料，通電后當(dāng)電壓超過(guò)鹽酸的電解電壓（1.36v）時(shí)，在陽(yáng)極碳棒上析出活性極強(qiáng)的初生態(tài)氯，它有很強(qiáng)的氧化能力，能從硬脂酸鐵中奪取Fe+3，形成FeCl3反應(yīng)如下：4Fe（C17H35COO）3+12（Cl）+6H2O=12C17H35COOH+4FeCl3+3O2 而在陰極（鉛板）上則析出還原能力極強(qiáng)的初生態(tài)氫，將Fe+3還原成Fe+2其反應(yīng)如下：FeCl2在水中溶解度很大，能從模料進(jìn)入鹽酸中。因此，硬脂酸鐵不斷被還原為硬脂酸，使模料凈化。實(shí)際生產(chǎn)中，常用鹽酸（硫酸）處理法，也用活性白土處理法，用電解處

21、理法因工藝復(fù)雜故很少采用。H2FeCl32FeCl2+Cl2判斷一個(gè)鑄造廠的水平，可根據(jù)3項(xiàng)指示：石蠟的顏色：蠟越黃質(zhì)量越差、越白、質(zhì)量越好 空調(diào)條件：空調(diào)條件好，蠟不易變形，精度高 車(chē)間內(nèi)潔凈程度：潔凈、無(wú)污染、蠟的質(zhì)量好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。 壓制蠟基模料時(shí)，分型劑可為機(jī)油、松節(jié)油等；壓制樹(shù)脂基模料時(shí)，常用蓖麻油和酒精的混合液或硅油作分型劑。分型劑層越薄越好，使熔模能更好地復(fù)制壓型表面，提高熔模的表面光潔度。 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

22、，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。 2.2.4.1 壓注成形 壓注成型的注蠟溫度多在熔點(diǎn)以下，此時(shí)模料是液、固兩相共存的漿狀或糊狀。呈漿狀的模料中，液相量顯著超過(guò)固相量，所以仍保留著液體的流動(dòng)性。在這種狀態(tài)下壓注，熔模表面具有較低的粗糙度，而且不易出現(xiàn)由于紊流、飛濺帶來(lái)的表面缺陷。糊狀模料的溫度比漿狀模料更低，已失去流動(dòng)性，雖少有表面缺陷，但卻具有較高的表面粗糙度。 圖為幾種常見(jiàn)的壓注成形方法示意圖柱塞加壓法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(diǎn)下呈糊狀時(shí)壓注大多采用

23、在熔點(diǎn)下呈糊狀時(shí)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(shí)保壓時(shí)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，壓力盡量大（一定范圍內(nèi)）3) 3) 制造澆道模料在脫蠟過(guò)程中要先于模型熔化（材料及形狀）制造澆道模料在脫蠟過(guò)程中要

24、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(diǎn)壓注條件下熔模收縮的特點(diǎn) 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(duì)收縮的影響壓注工藝參數(shù)對(duì)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(shí)間保壓時(shí)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(shí)間取模后停放時(shí)間2.2.4.4 2.2.4.4 壓注過(guò)程主要工藝參數(shù)的控制壓注過(guò)程主要工藝參數(shù)的控制 壓力壓力+ +流速流速 壓力和流速是壓

25、注過(guò)程中最重要而又密切相關(guān)的兩個(gè)參數(shù)，沒(méi)壓力和流速是壓注過(guò)程中最重要而又密切相關(guān)的兩個(gè)參數(shù)，沒(méi)有足夠的壓力驅(qū)動(dòng)，模料不能流動(dòng)，但它們又是不同的兩個(gè)概念：有足夠的壓力驅(qū)動(dòng)，模料不能流動(dòng)，但它們又是不同的兩個(gè)概念：驅(qū)動(dòng)模料流動(dòng)的壓力取決于模料的粘稠度和充型過(guò)程中的阻力，而驅(qū)動(dòng)模料流動(dòng)的壓力取決于模料的粘稠度和充型過(guò)程中的阻力，而流速則指模料進(jìn)入壓型型腔的速度。因此壓蠟設(shè)備可以劃分為以下流速則指模料進(jìn)入壓型型腔的速度。因此壓蠟設(shè)備可以劃分為以下四類(lèi)：四類(lèi)： 1.1.只控制壓力只控制壓力受環(huán)境溫度等因素影響。受環(huán)境溫度等因素影響。 2.2.同時(shí)控制壓力和流速，無(wú)壓力補(bǔ)償同時(shí)控制壓力和流速，無(wú)壓力補(bǔ)償高

26、壓低流速，低壓不能高壓低流速，低壓不能獲得高流速。獲得高流速。 3.3.同時(shí)使用壓力和流速控制，并有壓力補(bǔ)償同時(shí)使用壓力和流速控制，并有壓力補(bǔ)償獲得想要的流速。獲得想要的流速。 4.4.流速控制和分段式壓力控制流速控制和分段式壓力控制充型充型 壓實(shí)壓實(shí) 保持保持 3 3個(gè)階段個(gè)階段2.2.5 2.2.5 熔模的組裝熔模的組裝1)1)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(shù)脂基：麻油與酒精

27、混合物或者硅油樹(shù)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2.2.4.5 2.2.4.5 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(duì)型型殼的質(zhì)量直接關(guān)系到鑄件的質(zhì)量，為此，對(duì)型殼的要求主要有以下四個(gè)方面：殼的要求主要有以下四個(gè)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

28、性。它是指型殼抵抗因溫度急劇變化而不開(kāi)裂擊性。它是指型殼抵抗因溫度急劇變化而不開(kāi)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(shí)不發(fā)生相互化學(xué)作用的性能。時(shí)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(guò)型壁的能力。過(guò)型壁的能力。以免發(fā)生粘砂、麻點(diǎn)、氧化、脫碳以免發(fā)生粘砂、麻點(diǎn)、氧化、脫碳避免澆不足、氣孔避免澆不足、氣孔 型殼性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) HB 5352.1-2004 熔模鑄造型殼性能試驗(yàn)方法 第1部分：抗彎強(qiáng)度的測(cè)定 HB 5352.2-2004 熔模鑄造型殼性能試驗(yàn)方法 第2部分：高溫自重變形的測(cè)定 HB 5352.3-2

29、004 熔模鑄造型殼性能試驗(yàn)方法 第3部分：高溫荷重變形的測(cè)定 HB 5352.4-2004 熔模鑄造型殼性能試驗(yàn)方法 第4部分：透氣性的測(cè)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(duì)型殼的性能要求：對(duì)型殼的性能要求：1.型殼的高溫強(qiáng)度和高溫軟化點(diǎn)型殼的高溫強(qiáng)度是型殼最主要的基本性能，在制殼、脫蠟、焙燒和澆注工藝過(guò)程中，型殼要承受各種應(yīng)力的作用，沒(méi)有足夠的強(qiáng)度就不可能達(dá)到鑄造的目的。室溫強(qiáng)度固然重要，但高溫強(qiáng)度更加重要。從澆注開(kāi)始型殼就開(kāi)始承受高溫液體金屬的熱沖擊、機(jī)械沖擊，金屬又要通過(guò)型殼散熱而冷卻凝固，從而型

30、殼又將受到很大收縮應(yīng)力和熱應(yīng)力。型殼的軟化點(diǎn)是指型殼強(qiáng)度隨溫度升高而開(kāi)始下降的溫度。不同型殼軟化點(diǎn)不同。軟化點(diǎn)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(guò)型殼放熱、冷卻、凝固中，溫度的急劇變化，型殼的線(xiàn)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(guò)該溫度下的強(qiáng)度時(shí)，型殼就會(huì)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，要想獲得表面光

31、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(shí)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(mǎn)足各種要求，因此在選用制殼原材料時(shí)，應(yīng)抓住無(wú)余量鑄件表面光潔度、尺寸精度要求高這個(gè)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料占90%90%

32、以上。所以耐火材料的選用對(duì)型殼的性能影響以上。所以耐火材料的選用對(duì)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(duì)耐火材料的要求對(duì)耐

33、火材料的要求A A 耐火度和熔點(diǎn)耐火度和熔點(diǎn)高溫時(shí)不軟化，變形高溫時(shí)不軟化，變形（耐火度（耐火度：又稱(chēng)耐熔度。表征物體抵抗高溫而不熔化的性能指標(biāo)：又稱(chēng)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(duì)人體無(wú)害，價(jià)廉等其他：有利于涂料穩(wěn)定，對(duì)人體無(wú)害，價(jià)廉等 1）人造石英（SiO2) 573發(fā)生相變 線(xiàn)膨脹率1.4% 優(yōu)點(diǎn)：價(jià)廉 缺點(diǎn)：當(dāng)加熱到573時(shí)，由轉(zhuǎn)變?yōu)榕蛎洿?呈酸性 應(yīng)用：適用于碳鋼、低

34、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(diǎn)：純度高，線(xiàn)膨脹小，熱穩(wěn)定性好 缺點(diǎn)：價(jià)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(chēng)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(diǎn)：導(dǎo)熱蓄熱性好；熱膨脹小而均勻 缺點(diǎn)：價(jià)格貴，微量輻射性 應(yīng)

35、用：澆注溫度低于1500的合金鑄件 4）電熔剛玉 -Al2O3 熔點(diǎn)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(diǎn)：熔點(diǎn)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(diǎn)：價(jià)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(lái)石（硅酸鋁耐火材料） 莫來(lái)石又稱(chēng)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(kāi)始出現(xiàn)液相。 莫來(lái)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剛玉剛玉（Al2O

36、3Al2O3）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(diǎn)來(lái)源廣、價(jià)廉、耐火度高、殘留強(qiáng)度低熔點(diǎn)高、導(dǎo)熱性好、熱膨脹小均勻價(jià)廉、來(lái)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(diǎn)酸性易于在高溫下反應(yīng)，形成麻點(diǎn)、粘砂來(lái)源缺、價(jià)高SiO2易與Al、Ti反應(yīng)、脫殼性差（鋁礬土）價(jià)格較高、分解出SiO2備注不能用來(lái)對(duì)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(duì)黏結(jié)劑性能的基本要求：對(duì)黏結(jié)劑性能的基本要求：與模料潤(rùn)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，與耐火材料有牢固黏結(jié)力 在

37、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(chǔ)存性好，來(lái)源廣，價(jià)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(lái)講都是硅酸膠體，只不過(guò)其類(lèi)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(guò)程膠凝過(guò)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乙酯水解液（1 1）硅酸乙

38、酯的物理性質(zhì)a硅酸乙酯又稱(chēng)正硅酸乙酯。一般硅酸乙酯呈油性，為無(wú)色、透明或棕黃色液體（有雜質(zhì)）b閃點(diǎn)為53，易燃，所以應(yīng)注意防火c有醚味，對(duì)眼睛、呼吸道有刺激作用，應(yīng)密封保存 （2）硅酸乙酯的水解過(guò)程（硬化原理）硅酸乙酯本身并不能作黏結(jié)劑，它必須經(jīng)水解后成為水解液才具有黏結(jié)力。因此，人們通常所說(shuō)的硅酸乙酯黏結(jié)劑實(shí)際上是硅酸乙酯水解液。硅酸乙酯(C2H5)4Si是由四氯化硅和乙醇作用而成：SiCl4+4C2H5OH=(C2H5)4Si+4HCl生產(chǎn)中由于工業(yè)乙醇中含有水，且乙醇又極易吸水，且鹽酸和乙醇作用也生成水（HCl+C2H5OH=C2H5Cl+H2O），所以硅酸乙酯中總有水。水能使正硅酸乙酯

39、水解而形成不同聚合度的聚合物。其反應(yīng)如下：C2H5OC2H5O C2H5OSiOC2H5+HOH=C2H5OSiOH+C2H5OH C2H5OC2H5O(乙氧基硅醇)硅羥基由于SiOH間脫水聚合傾向很強(qiáng)，故乙氧基硅醇極不穩(wěn)定易發(fā)生如下縮聚反應(yīng)：C2H5OC2H5OC2H5OC2H5O C2H5OSi OH+HOSiOC2H5=C2H5OSiOSiOC2H5+H2O C2H5OC2H5OC2H5OC2H5O在熔模鑄造過(guò)程中硅酸乙酯的水解是分兩個(gè)階段進(jìn)行兩個(gè)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(shí)，我們需要的是具有一定聚合度的線(xiàn)型或枝型的聚合物，即具有一定

40、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(xiàn)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(chēng)為有機(jī)硅聚合物，其分子結(jié)構(gòu)可表示為：C2H5OC2H5OC2H5OC2H5O C2H5OSiOSiOOSiOSiOC2H5 OOOO C2H5OSiOSiOOSiOSiOC2H5 C2H5OC2H5OC2H5OC2H5O隨著膠凝過(guò)程進(jìn)一步進(jìn)行

41、，乙氧基不斷被羥基取代，水解作用趨于完全。網(wǎng)狀的有機(jī)硅聚合物逐漸變?yōu)闊o(wú)機(jī)硅聚合物，其分子結(jié)構(gòu)式為： OOOO HOSiOSiOOSiOSiOH OOOO HOSiOSiOOSiOSiOH HOOOOH 經(jīng)脫水后形成以硅醚鏈為聯(lián)系的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的硅凝膠，其分子結(jié)構(gòu)為： OOOO OSiOSiOSiOSiO OOOO OSiOSiOSiOSiO OOOO 這時(shí)型殼中的黏結(jié)劑薄膜由強(qiáng)度高，高溫穩(wěn)定性好的硅凝膠組成。特點(diǎn)：強(qiáng)度高，高溫穩(wěn)定性好，價(jià)格貴（3）酸乙酯水解時(shí)配料計(jì)算）酸乙酯水解時(shí)配料計(jì)算因水和硅酸乙酯不能互溶，如單獨(dú)把它們放在一起，水解反應(yīng)很難在整個(gè)體系內(nèi)均勻進(jìn)行，在硅酸乙酯不能和水充分接觸的地

42、方，會(huì)形成不完全水解產(chǎn)物有機(jī)硅聚合物。水解時(shí)常用酒精或丙酮作媒介,水解時(shí)加少量HCl或醋酸作催化劑（同時(shí)為加快反應(yīng)速度）. 例如:獲得此種硅酸的正硅酸乙酯的水解反應(yīng)式為：4(C2H5)4Si+9H2O=H2O.4SiO2+16C2H5OH8328321621B B= 0.1943B即水解1kg（正）硅酸乙酯成為H2O.4SiO2(乙氧基硅醇)所需水量，此B可在各種書(shū)、手冊(cè)中查到。溶劑(乙醇或丙酮)及催化劑(HCl或醋酸)均可計(jì)算_略 （4 4） 硅酸乙酯的水解工藝硅酸乙酯的水解工藝 一次水解法一次水解法：先將水、溶劑和催化劑混勻，而后逐漸加入硅酸乙酯并強(qiáng)烈攪拌。加完硅酸乙酯后，繼續(xù)攪拌30分鐘

43、，而后水解液存放16小時(shí)以上再使用。在使用前需先測(cè)水解液中二氧化硅和HCl的含量及黏度。配料時(shí)，只需向水解液中加入粉狀耐火材料并充分?jǐn)嚢?注意：水解時(shí)溫度不得超過(guò)40-50度 （水+溶劑+催化劑） +硅酸乙酯 攪 混勻 30分 硅酸乙酯水解液 配制涂料（靜置16小時(shí)） 綜合水解法：綜合水解法：這種方法實(shí)質(zhì)是使水解過(guò)程與耐火材料的混制同時(shí)進(jìn)行。具體工藝過(guò)程是先將硅酸乙酯與溶劑放在一起，攪拌2-3分，再加粉狀耐火材料攪拌5-10分。使硅酸乙酯溶液能很好潤(rùn)濕粉粒表面。然后逐步加入酸化的水。在攪拌過(guò)程中，使水解反應(yīng)在粉粒表面進(jìn)行。硅酸乙酯+溶劑（酒精或丙酮）混勻攪拌2-3分+粉狀耐火材料混勻+ 酸化水

44、混勻攪拌5-10分 所得涂料分散度高，均勻性好。型殼強(qiáng)度高，且節(jié)省硅酸乙酯。但很難對(duì)涂料黏度進(jìn)行調(diào)節(jié)。 （5）硅酸乙酯水解液黏結(jié)劑特點(diǎn) 硅酸乙酯是優(yōu)質(zhì)黏結(jié)劑，所以型殼性能好： 涂掛性好（醇基） 涂料粉液比高（黏度?。┩繉又旅?，鑄件光潔 型殼室溫，高溫強(qiáng)度高，抗變形能力強(qiáng)，尺寸穩(wěn)定 烘干（氨催化）生產(chǎn)周期短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(lèi)無(wú)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(guò)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(chēng)硅酸溶膠。為乳白色或青白色溶液。分子式為

45、nH2O.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（最好為9.5）黏度值為2-6厘泊（2） 硅溶膠的處理工藝硅溶膠的處理工藝硅溶膠是一種水基黏結(jié)劑。用它配制耐火涂料涂掛性差，為降低其表面張力，并使之具有適當(dāng)?shù)酿ざ?，則在使用前需要進(jìn)行適當(dāng)處理。所謂處理就是在硅溶膠中加入一定量乙醇。這樣配制成的硅溶膠乙醇溶液就是硅溶膠黏結(jié)劑。通常乙醇加入量為20-25%，比較合適，超過(guò)30%硅溶膠不穩(wěn)定。硅溶膠中加入乙醇，降低了表面張力，增大了黏度，改善了涂料的潤(rùn)濕性，加速了膠凝。從而加快了干燥速度，縮短了生產(chǎn)周期。（3） 硅溶膠的硬化硅溶膠的硬化硅溶膠的

46、膠凝過(guò)程是粒子首先連接成枝鏈，枝鏈再連接成三維的網(wǎng)絡(luò)，最后隨著水分的不斷蒸發(fā)，形成凝膠。粒子之間有牢固的SiOSi化學(xué)鍵連接著。所以它具有高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和硬度，并能承受高溫作用。硅溶膠的膠凝過(guò)程可通過(guò)兩種方法來(lái)完成：l 一種一種是在硅溶膠中加入電解質(zhì)，調(diào)節(jié)其PH值，使粒子表面所帶電荷減少，粒子碰撞機(jī)會(huì)增多，使其發(fā)生膠凝。這種方法膠凝速度快，但凝膠強(qiáng)度低，且因混入電解質(zhì)，降低型殼的耐火度和高溫強(qiáng)度。l另一種干燥方法即脫水目前廣泛采用的方法隨著干燥脫水進(jìn)行，不斷發(fā)生硅醇基的脫水縮聚反應(yīng)SiOH+HOSi SiOSi + H2O,形成硅醚鍵同時(shí)析出水，干燥的結(jié)果使溶膠 凍膠 凝膠。此時(shí)在硅醚鍵的結(jié)構(gòu)間

47、還含有一定量的物理水及以SiOH形式存在的結(jié)構(gòu)水，需在高溫下才能去除。 （4 4）硅溶膠粘結(jié)劑及其所制型殼特點(diǎn)：）硅溶膠粘結(jié)劑及其所制型殼特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1）配制簡(jiǎn)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(diǎn)：（1）潤(rùn)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(zhǎng)。（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-+ m

48、SiO2（n-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(shí)，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

49、，使型殼具有常溫強(qiáng)度。 SiO H +HOSi SiOSi + H2O 水解同時(shí)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(wèn)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(duì)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。

50、）（3 3）水玻璃粘結(jié)劑的處理工藝）水玻璃粘結(jié)劑的處理工藝 先將稱(chēng)好的水玻璃放在攪拌器中，將 NH4Cl或HCl和水配成溶液逐漸加入水玻璃中并不斷攪拌。此時(shí)會(huì)析出白色凝膠物，它是硅酸膠體和氯化鈉的混合物。酸性溶液全部加完后，繼續(xù)攪拌半小時(shí)左右，白色膠狀物迅速溶解。處理后的水玻璃靜置一段時(shí)間即可配置涂料。為提高水玻璃涂料的涂掛性，可向涂料中加入0.05%非離子型或陽(yáng)離子型表面活性劑,如農(nóng)乳130#水玻璃 + NH4Cl(或HCl)水溶液 攪拌(析出白色膠狀物) 水溶液加完后繼續(xù)攪拌30分左右至白色膠狀物消失靜置配制涂料.（4 4） 水玻璃作為型殼粘結(jié)劑的特點(diǎn)水玻璃作為型殼粘結(jié)劑的特點(diǎn): :總而言

51、之,比硅酸乙酯、硅溶膠所制型殼性能差。 優(yōu)點(diǎn)：（1）來(lái)源廣，價(jià)格廉。缺點(diǎn)：（1）與蠟?zāi)?rùn)濕性差 （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(diǎn)793） Na2O2SiO2共晶物在熔點(diǎn)793時(shí)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(duì)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 概況 水基硅溶膠是一種綠色環(huán)保的粘結(jié)劑，在越來(lái)越重視環(huán)保的今天，應(yīng)大力加以推廣。但

52、普通硅溶膠型殼濕強(qiáng)度低，制殼周期長(zhǎng)已成為其推廣使用中的主要問(wèn)題。開(kāi)發(fā)增強(qiáng)快干硅溶膠一直是各國(guó)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(shí)每制一層其干燥時(shí)間，即層間干燥時(shí)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(shí)每制一層，層間干燥時(shí)間也可達(dá)到12h，也已用于生產(chǎn)。 國(guó)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(kāi)發(fā)FS快干硅溶膠，通過(guò)部級(jí)鑒定并用于生產(chǎn)。近年來(lái)又研制出FS型和FS 兩種快干硅溶膠，通過(guò)省級(jí)鑒定，F(xiàn)S在性能

53、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(jí)）下的硅酸膠體照片（納米級(jí)）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

54、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(shí)，為提高涂料潤(rùn)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(shí)模組在涂料中上下左右晃動(dòng)，使涂料能很好地潤(rùn)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。

55、（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(xiàng)撒砂注意事項(xiàng): 1)撒砂種類(lèi):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?yàn)樯白訚穸却髽O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租。面層撒砂不能過(guò)粗，否則會(huì)穿透涂層造成鑄件表面凹凸不平，但撒砂過(guò)細(xì)又不利于形成較粗糙的

56、背層，不利于同下層牢固結(jié)合，容易造成型殼分層。如用鋯砂時(shí)面層撒砂應(yīng)為100120目。撒砂逐漸變粗，過(guò)渡層撒3060目、背層撒1630目的高嶺石熟料。 4）每次撒砂的粒度分布都不宜過(guò)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?yàn)榉蹓m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(diǎn)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(shí)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

57、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(shí)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(wú)關(guān)。 （2）水解液的凝膠 型殼在干燥硬化時(shí)，硅酸乙酯水解液殘留的不完全水解物會(huì)吸收型殼中的水分繼續(xù)水解，同時(shí)硅酸溶膠會(huì)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

58、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(xiàng)： 1）硬化時(shí)溶劑的揮發(fā)應(yīng)比粘結(jié)劑的膠凝快，這時(shí)溶劑揮發(fā)產(chǎn)生膠體收縮時(shí)，膠體尚處于彈、塑性狀態(tài)，膠膜不易開(kāi)裂。如果次序相反，粘結(jié)劑固化后溶劑繼續(xù)揮發(fā)，會(huì)出現(xiàn)脆性膠體的收縮，膠膜易于開(kāi)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(gè)過(guò)程分開(kāi)。 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(shí)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(guò)5分鐘，使水解液滲入型殼中，而后在風(fēng)干、氨干過(guò)程中使粘結(jié)不好的耐火材料顆粒得到補(bǔ)充粘

59、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(guò)程主要是脫水和酒精的揮發(fā)干燥過(guò)程。與此同時(shí)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(shí)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。 （慶堂每層型殼的干燥時(shí)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(guò)程。但水玻璃的脫水過(guò)程非

60、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(guò)程：（1）將型殼先放在空氣中干燥一段時(shí)間（數(shù)分鐘至一小時(shí)）。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(shí)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 注 意： 當(dāng)型殼一