96熔模铸造

第一章熔模铸造第一章熔模铸造金属材料工程教研室概念：熔模铸造又称“失蜡铸造”，通常是在蜡模表面涂上数层耐火材料，待其硬化干燥后，将其中的蜡模熔去而制成型壳，再经过焙烧，然后进行浇注，而获得铸件的一种方法，由于获得的铸件具有较高的尺寸精度和表面光洁度，故又称“熔模精密铸造”。第一章熔模铸造金属材料工程教研室第一章熔模铸造金属材料工程教研室第一章熔模铸造金属材料工程教研室第一章熔模铸造金属材料工程教研室第一章熔模铸造金属材料工程教研室第一章熔模铸造金属材料工程教研室第一章熔模铸造金属材料工程教研室第一章熔模铸造金属材料工程教研室第一章熔模铸造金属材料工程教研室第一节熔模的制造工艺流程：熔模铸造的工艺过程包括：蜡模制造、结壳、脱蜡、焙烧和浇注等，流程图如下：第一章熔模铸造金属材料工程教研室第一节熔模的制造熔模铸造过程示意图第一章熔模铸造金属材料工程教研室第一节熔模的制造第一章熔模铸造金属材料工程教研室第一节熔模的制造熔模铸造的特点：铸件的精度和表面质量较高（精度可达CT4~7，Ra1.6~12.5）。合金种类不受限制，钢铁及有色金属均可适用。可铸出形状复杂的铸件（壁厚最小0.5mm，最小孔径0.5mm，最小重量1g）。生产批量不受限制。工艺过程较复杂，生产周期长，成本高，铸件尺寸不能太大。铸件冷却速度慢，铸件晶粒粗大。第一章熔模铸造金属材料工程教研室第一节熔模的制造§1－1熔模的制造一、对模料的性能要求1、热物理性能熔点：一般在60～100度范围内。开始和终了熔化温度范围：以5～10℃为宜。软化点：一般不低于35～40度。收缩率：一般要求小于1％。2、力学性能强度：不应低于2.0MPa。表面硬度：针入度以4～6度为佳。第一章熔模铸造金属材料工程教研室第一节熔模的制造3、工艺性能可焊性：具有良好的焊接性能和焊接强度。流动性：获得形状准确和表面光洁的熔模。图挂性：模料应能很好的为耐火材料所润湿。灰分：要尽可能少，应低于0.05％。4、其他性能还要求模料的密度小，回收方便，复用性好，无公害及来源丰富，价格低廉等。第一章熔模铸造金属材料工程教研室第一节熔模的制造二、模料的种类、组成和性能1、蜡基模料（低温模料）（1）烷烃蜡其分子式为CnH2n+2。烷烃蜡在室温下是非常稳定的，烷烃蜡在100℃以上会氧化，氧化反应的结果使碳-碳链断裂，并生成低分子量的脂肪酸、醇、二元羟酸、水等产物。由此说明，烷烃蜡的使用温度应不超过100℃。1）石蜡n=17～36，主要由正构烷烃组成，n越大，熔点越高，铸造上常用58～64度石蜡。石蜡是晶体。石蜡的强度低，塑性好，硬度差（针入度为150）。第一章熔模铸造金属材料工程教研室第一节熔模的制造2）地蜡n=35～53，主要由异构烷烃组成，是微晶型蜡。熔点比石蜡高，热稳定性好，能与石蜡互溶。有提纯地蜡和合成地蜡两种，地蜡价高。（2）脂肪酸蜡分子式CnH2n+1COOH，为晶体。酸性：固态时酸性不明显，熔融时随温度升高，酸性增强，能与Al、Fe起置换反应。反应：一是与碱性物质起中和反应—皂化反应。二是与醇发生脂化反应，生成脂肪酸脂和水。第一章熔模铸造金属材料工程教研室第一节熔模的制造（3）酯蜡是高级脂肪酸和高级饱和一元醇进行脂化反应生成酯的混合物，其分子式为RCOOR′。主要包括川蜡C25H51COOC26H53和蜂蜡C15H31COOC30H61。在实际生产中采用石蜡－硬脂酸各50％的配比。2、树脂基模料（中温模料）松香是一种天然树脂，其化学成分主要是松香酸C19H29COOH，熔点70～75℃较高，但是软化点较低33℃，液态时粘度大，固态时硬度高，易被皂化。还有改性松香和聚合松香。第一章熔模铸造金属材料工程教研室第一节熔模的制造3、其他模料（1）泡沫聚苯乙烯塑料是单体苯乙烯的聚合物，分子式为(C8H8CHCH2)n。（2）尿素模料是一种水溶性模料，分子式为CO(NH2)2，熔点130～140℃，用于做熔模的可溶性型芯。（3）充填模料在模料中加入固体、液体或气体等作为充填物质组成的模料，固体充填料有聚乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇及合成树脂等。第一章熔模铸造金属材料工程教研室第一节熔模的制造三、模料的配制与回收1、模料的配制按照模料的规定成分和配比，将各种原材料熔融成液态，混和并搅拌均匀，滤去杂质，浇制成锭块或调制成糊状模料，以待压制熔模。熔化蜡基模料的加热槽1、绝热层2、温度计3、盖4、模料5、水6、蜡桶7、加热器旋转桨叶搅拌蜡基模料第一章熔模铸造金属材料工程教研室第一节熔模的制造第一章熔模铸造金属材料工程教研室第一节熔模的制造2、模料的回收蜡基模料在使用中经常发生以下皂化反应而变质：第一章熔模铸造金属材料工程教研室第一节熔模的制造（1）酸处理法（2）电解处理法阳极：阴极：（3）活性白土处理法主要是利用膨润土具有大的吸附能力，将模料中经酸处理后所形成的盐类及其它杂质吸附在它的周围并凝聚沉淀，使蜡料得到净化。第一章熔模铸造金属材料工程教研室第一节熔模的制造四、熔模的制造及组装1、熔模的制造压型主要有自由浇注和压铸两种。压制前在压型表面涂薄层分型剂：压制蜡基模料时，分型剂为机油、松节油等；压制树脂基模料时，蓖麻油和酒精混合液或硅油。压制熔模的方法有三种：气压法活塞加压法柱塞法第一章熔模铸造金属材料工程教研室第一节熔模的制造2、熔模的组装焊接法粘结法机械组装法3、制模机械化（1）压蜡机（2）压铸生产线W292型简易压蜡机1、机架2、保温材树3、压蜡桶4、压蜡头5、压紧盖6、水泵7、加热器8、手柄9浇水器10、减压阀11、控温仪测头12、水位计13一截止阀14、放水阀第一章熔模铸造金属材料工程教研室第一节熔模的制造第一章熔模铸造金属材料工程教研室第一节熔模的制造第一章熔模铸造§1－2制壳原材料一、耐火材料1、耐火材料的应用与对他性能的要求按照用途可分为三种：一是粉状耐火材料，它与粘结剂配制成型壳面层用耐火材料：石英、电熔刚玉、锆石和高铝矾土等。二是粒状耐火材料，作型壳加固层用耐火材料：硅石、耐火粘土、高岭石类耐火材料和铝矾土等。三是用作制造陶瓷型芯的原材料：石英玻璃、电熔刚玉、锆石等。金属材料工程教研室第二节制壳原材料第一章熔模铸造金属材料工程研室第二节制壳原材料对制壳用耐火材料提出相应的性能要求：（1）耐火材料的耐火度及最低共熔点必须具有高于金属浇注温度的耐火度，耐火度和熔点这两个概念的区别。（2）耐火材料的热膨胀性各种耐火材料的热膨胀性能主要取决于其化学矿物组成和所处的温度。（3）耐火材料的化学稳定性耐火材料对于粘结剂和熔融金属应具有良好的化学稳定性。第一章熔模铸造金属材料工程教研室第二节制壳原材料第一章熔模铸造金属材料工程教研室第二节制壳原材料2、硅砂（1）二氧化硅的变体及其转变主要晶型有三种：方石英、鳞石英和石英。第一章熔模铸造金属材料工程教研室第二节制壳原材料变体：α石英、β石英、α鳞石英、β鳞石英、γ鳞石英、α方石英、β方石英及熔融石英。自然界的硅砂(粉)为β石英。α表示高温稳定型变体；β、γ表示低温稳定型变体。在不同温度下，石英晶型的转化分两类：一类为主要晶型的高低温转变第一章熔模铸造金属材料工程教研室第二节制壳原材料通过四面体的变位或旋转来改变Si—O—Si的键角，转化进行得很快，而且是可逆的。这类转化称为位移性转变。另一类为高温稳定的α晶型转化：相变过程将发生键的断裂和原子的重新组合，这类转化很难进行，称为重建性转变。第一章熔模铸造金属材料工程教研室第二节制壳原材料由SiO2状态图可见：在573℃以下，只有β石英是热力学稳定的变体。第一章熔模铸造金属材料工程教研室第二节制壳原材料870℃，应转变为α鳞石英，当加热较快时，就会过热至1600℃而熔化为熔体（NN‘）。α鳞石英应在1470℃时转变为α方石英，但若快速加热，α鳞石英将过热而在1670℃熔化为熔体(DD‘)。正常条件下，α鳞石英不变为α石英。在高低温转变中，方石英之间的体积变化最为剧烈，其次是石英，鳞石英变化最微弱。熔体(熔融石英)经急冷后得到石英玻璃。第一章熔模铸造金属材料工程教研室第二节制壳原材料（2）熔模铸造用硅砂牌号：硅砂适用于碳钢、低合金钢、铸铁及铜合余铸件不适用于高锰钢及高合金钢铸件。第一章熔模铸造金属材料工程教研室第二节制壳原材料（3）熔融石英：透明：纯度高，用作陶瓷型心的基体材料。不透明：纯度稍低，制壳用耐火材料。熔融石英耐酸不耐碱。3、刚玉主要有白色（含Al2O398.5%）和棕色（含Al2O393%）两种。铸造上主要用的是白刚玉。刚玉的熔点高(2050℃)、密度大、结构致密、导热性好、热膨胀小且均匀，抗酸碱能力强，主要用于耐热高合金钢、不锈钢等铸件的制壳材料，也可用于制作陶瓷型芯。第一章熔模铸造金属材料工程教研室第二节制壳原材料4、铝硅系耐火材料（1）SiO2－Al2O3二元系状态图按平衡图中Al2O3和SiO2含量比值不同的几种耐火材料：高岭石：分子式为Al2O3·2SiO2·2H2O第一章熔模铸造金属材料工程教研室第二节制壳原材料硅线石：分子式为Al2O3·SiO2。莫来石（也称高铝红柱石）：分子式为3Al2O3·2SiO2。按Al2O3含量不同可将硅酸铝耐火材料分为：半硅质耐火材料（含Al2O315～30％）；主要有各种组成的软质粘土，相组成为方石英和少量莫来石（3Al2O3·2SiO2）；粘土质耐火材料（Al2O330～45％）：主要组成为高岭石耐火材料(Al2O3·2SiO2·2H2O)，这一类是硬质粘土，相组成为方石英和莫来石。高铝质耐火材料（Al2O345％）：其中有硅线石类、莫来石和铝矾土第一章熔模铸造金属材料工程教研室第二节制壳原材料目前常用的铝硅系耐火材料有以下几种：1）粘土质耐火材料是指Al2O3的质量分数约30％一46％，矿物组成以高岭石为主的耐火粘土，其分子式为Al2O3·2SiO2·2H2O。分为生料（软质粘土）和熟料（硬质粘土）,主要用于加固层涂料。2）铝矾土（Al2O3含量在45～80％）高岭石及含水氧化铝（水铝石αAl2O3·H2O、波美石γAl2O3·H2O，三水铝石Al2O3·3H2O等）。3）莫来石质耐火材料（Al2O3含量在67～72％）Al2O3含量在67～72％。第一章熔模铸造金属材料工程教研室第二节制壳原材料5、锆砂锆砂分子式为ZrO2·SiO2（或ZrSiO4），理论组成(质量分数)为ZrO223％、SiO232.77％。（主要用来配制面层涂料）当含有氧化物等杂质时，分解温度会下降：含有Ca、Mg氧化物时，分解温度降至1300℃左右；含有K、Na氧化物时，其开始分解温度会降至900℃左右。第一章熔模铸造金属材料工程教研室第二节制壳原材料6、铝硅系耐火材料的存在的问题1）脱壳性差①由于杂质存在产生的液相烧结；②由于存在耐火颗粒间的SiO2凝胶――固相烧结。2）型壳透气性差由于烧结不良造成的强度和硬度较低，在使用中易碎、粉尘增多所致。3）涂料的稳定性碱性氧化杂质含量较多，影响硅酸乙酯涂料的稳定性。第一章熔模铸造金属材料工程教研室第二节制壳原材料第一章熔模铸造金属材料工程教研室第二节制壳原材料二、制壳粘结剂1、对粘结剂性能的要求应能将粉状和粒状耐火材料牢固地粘结在一起。使型壳具有足够高的强度；应具有良好的耐热性，以保证型壳在高温焙烧、浇注以及铸件凝固过程中具有足够的高温强度，粘结剂最终生成的耐高温氧化物，在高温下应具有良好的化学稳定性。应能很好润湿熔模，与模料不起化学反应，保证准确复制出熔模轮廓，使型壳内表面光滑；具有适当的粘度，保证制壳过程中有良好的涂挂性和渗透性。第一章熔模铸造金属材料工程教研室第二节制壳原材料2、水玻璃粘结剂（1）水玻璃的分类与组成水玻璃是硅酸钠的水溶液，水玻璃的主要化学成分是SiO2和Na2O。有钾水玻璃和钠水玻璃之分。作为熔模铸造粘结剂用的水玻璃是钠水玻璃。其制造方法：第一章熔模铸造金属材料工程教研室第二节制壳原材料第一章熔模铸造金属材料工程教研室第二