熔模铸造（张光明培训用）

1、特种铸造特种铸造主讲人：张光明主讲人：张光明 教授、工学教授、工学博士博士电话：电话一章第一章 熔模铸造熔模铸造 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”。第一章第一章 熔模铸造熔模铸造概述概述第一章第一章 熔模铸造熔模铸造概述概述第一章第一章 熔模铸造熔模铸造概述概述第一章第一章 熔模铸造熔模铸造概述概述第一章第一章 熔模铸造熔模铸造概述概述第一章第一章 熔模铸造熔模铸造概述概述第一章第一

2、章 熔模铸造熔模铸造概述概述第一章第一章 熔模铸造熔模铸造概述概述第一章第一章 熔模铸造熔模铸造概述概述第一章第一章 熔模铸造熔模铸造概述概述工艺流程：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：第一章第一章 熔模铸造熔模铸造概述概述熔模铸造过程示意图第一章第一章 熔模铸造熔模铸造概述概述第一章第一章 熔模铸造熔模铸造概述概述 熔模铸造的特点：熔模铸造的特点：铸件的精度和表面质量较高（精度可达CT47，Ra1.612.5）。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

3、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。第一章第一章 熔模铸造熔模铸造第一节第一节 熔模的制造熔模的制造11 熔模的制造熔模的制造一、对模料的性能要求一、对模料的性能要求1、热物理性能、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510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、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。第一章第一章 熔模铸造熔模铸造第一节第一节 熔模的制造熔模的制造3、工艺性能、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

4、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、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。第一章第一章 熔模铸造熔模铸造第一节第一节 熔模的制造熔模的制造 二、模料的种类、组成和性能二、模料的种类、组成和性能1、蜡基模料（低温模料）、蜡基模料（低温模料）（1）烷烃蜡）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）石蜡n=173

5、6，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）。第一章第一章 熔模铸造熔模铸造第一节第一节 熔模的制造熔模的制造 2）地蜡）地蜡n=3553，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）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。第一章第一章 熔模铸造熔模铸造第一节第一节

6、熔模的制造熔模的制造 （3）酯蜡）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）、树脂基模料（中温模料）松香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98.5%）和棕色（含Al2O393%）两种，铸造上主要用白刚玉。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

7、作陶瓷型芯。第二第二节节 制壳原材料制壳原材料第一章第一章 熔模铸造熔模铸造 4、铝硅系耐火材料 （1）SiO2Al2O3 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Al2O32SiO22H2O 第二第二节节 制壳原材料制壳原材料第一章第一章 熔模铸造熔模铸造 硅线石：分子式为Al2O3SiO2 。 莫来石（也称高铝红柱石）：分子式为3Al2O32SiO2 。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Al2O31530）；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（3 Al2O32SiO2）；粘土质耐火材料（Al2O33

8、045）：主要组成为高岭石耐火材料(Al2O32SiO22H2O)，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 、莫来石和铝矾土第二第二节节 制壳原材料制壳原材料第一章第一章 熔模铸造熔模铸造 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Al2O32SiO22H2O。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4580 ） 高岭石及含水氧化铝（水铝石Al2O3H2O、波美石Al2O3H2O，三水铝石Al2O3

9、3H2O等）。3）莫来石质耐火材料（ Al2O3含量在6772 ） Al2O3含量在6772 。第二第二节节 制壳原材料制壳原材料第一章第一章 熔模铸造熔模铸造第二节第二节 制壳制壳原料原料 5、锆砂 锆砂分子式为ZrO2SiO2（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。 第二第二节节 制壳原材料制壳原材料第一章第一章 熔模铸造熔模铸造 6、铝硅系耐火材料的存在的问题1）脱壳性差由于杂质存在产生的

10、液相烧结；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。第二第二节节 制壳原材料制壳原材料第一章第一章 熔模铸造熔模铸造第二第二节节 制壳原材料制壳原材料第一章第一章 熔模铸造熔模铸造 二、制壳粘结剂二、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

11、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。第二第二节节 制壳原材料制壳原材料第一章第一章 熔模铸造熔模铸造 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钠水玻璃。 其制造方法 ：第二第二节节 制壳原材料制壳原材料第一章第一章 熔模铸造熔模铸造第二第二节节 制壳原材料制壳原材料第一章第一章 熔模铸造熔模铸造 （2）水玻璃的几个性能参数1）模数 Na2OmSiO2表示水玻璃的组成，m称之为模

12、数模数。 M愈高表明SiO2的相对含量愈高；M愈小，表明Na2O的相对含量愈高。其模数通常为2.23.5。模数不能太高也不能太低。 第二第二节节 制壳原材料制壳原材料第一章第一章 熔模铸造熔模铸造 2）浓度水玻璃的浓度实际指的是其中硅酸钠的含量，一般用密度来间接表示。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，型壳工作表面的致密，但制的的型壳强度低，一般只用在制面层涂料，常取1.251.27g/cm3。高密度高密度：浓度高，湿强度和高温强度高，一般取1.291.32g/cm3。第二第二节节 制壳原材料制壳原材料第一章第一章 熔模铸造熔模铸造 3）粘度第二第二节节 制壳原材料制壳

13、原材料第一章第一章 熔模铸造熔模铸造 （3）水玻璃模数和比重的调整 1）调整的目的 熔模铸造生产中，通常把水玻璃的模数控制在2.53.4的范围。而其比重应小于1.34。 降低密度加水； 提高模数加氯化铵或盐酸。 第二第二节节 制壳原材料制壳原材料第一章第一章 熔模铸造熔模铸造 2）调整的配料计算所需的水量需的氯化铵或盐酸溶液的重量第二第二节节 制壳原材料制壳原材料第一章第一章 熔模铸造熔模铸造 水玻璃处理的方法不能使用固体氯化铵或浓盐酸直接加入 。第二第二节节 制壳原材料制壳原材料第一章第一章 熔模铸造熔模铸造 3、硅酸乙酯粘结剂、硅酸乙酯粘结剂（1）硅酸乙酯及其性能 其化学通式为(C2H5O

14、)2n2SinOn1，是由正硅酸乙酯与各种聚乙氧基硅氧烷所组成的混合物，其中n成为聚合度。 第二第二节节 制壳原材料制壳原材料第一章第一章 熔模铸造熔模铸造 名义SiO2含量：我国：硅酸乙酯32和硅酸乙酯40国外：硅酸乙酯50 23. 123. 2%)()(%21225222nnSiOOSiOHCSiOSiOnnnn 第二第二节节 制壳原材料制壳原材料第一章第一章 熔模铸造熔模铸造 （2）硅酸乙酯水解过程原理 1)水解过程中的水解和缩聚反应第二第二节节 制壳原材料制壳原材料第一章第一章 熔模铸造熔模铸造 2)加水量对水解过程的影响 M水的分子数/RO的分子数 M0.25的水解 其水解反应式如下

15、： 水解液中主要为二聚体分子，基本上不存在游离水。0.25M0.5的水解 水解液中产物为线型低聚物(低聚乙氧基硅氧烷)，出现游离水，乙氧基含量降低。M0.5的水解 其水解反应式如下： 第二第二节节 制壳原材料制壳原材料第一章第一章 熔模铸造熔模铸造 水解液中产物为线状高聚物，水解液中游离水量增加，乙氧基含量更降低。0.5M0.75的水解 0.5O/Si1，水解液中产物为局部交联及枝化的聚乙氧基硅氧烷；游离水量更增加；乙氧基含量进一步降低。 第二第二节节 制壳原材料制壳原材料第一章第一章 熔模铸造熔模铸造 M0.75的水解 其水解反应式如下： 水解液中产物为三维交联网络的聚乙氧基硅氧烷。水解液中

16、游离水量进一步增加，乙氧基含量进一步降低。第二第二节节 制壳原材料制壳原材料第一章第一章 熔模铸造熔模铸造 M1的水解 其水解反应式如下： 水解液中产物为正硅酸Si(0H)4，缩聚成硅酸多聚体，形成硅酸溶胶。3)加水量对水解液性能的影响 一般应该选择M0.250.4。（3）水解过程中各组元作用及其数量计算）水解过程中各组元作用及其数量计算1）加水量的确定 硅酸乙酯的加水量按照下式确定： 第二第二节节 制壳原材料制壳原材料第一章第一章 熔模铸造熔模铸造的值根据SiO2的含量按照下表确定：第二第二节节 制壳原材料制壳原材料第一章第一章 熔模铸造熔模铸造 2)乙醇的作用及其加入量的确定3）盐酸的作用

17、及其加入量的确定第二第二节节 制壳原材料制壳原材料第一章第一章 熔模铸造熔模铸造 为提高水解反应的速度，通常用盐酸溶液作催化剂。 （4）硅酸乙酯的水解工艺 硅酸乙酯的水解加料顺序既可采用两步法，也可采用综合法。 第二第二节节 制壳原材料制壳原材料第一章第一章 熔模铸造熔模铸造第三节第三节 型壳的制造工艺型壳的制造工艺 13 型壳的制造工艺一、型壳的制备1、涂挂和撒砂2、型壳的干燥和硬化(1)硅溶胶粘结剂型壳的干燥 主要任务是排除型壳中的水分。(2)水玻璃粘结剂型壳的干燥及硬化1）型壳的干燥 2）化学硬化的实质及作用第一章第一章 熔模铸造熔模铸造3）硬化过程及其影响因素 硬化实际上存在着表面硬化

18、表面硬化和和渗透硬化渗透硬化两种不同的情况 (3)硅酸乙酯粘结剂型壳的干燥溶剂的蒸发过程 硅酸乙酯继续水解和缩聚 第三节第三节 型壳的制造工艺型壳的制造工艺第一章第一章 熔模铸造熔模铸造 二、脱模和焙烧1、脱模热水脱模法 蒸汽脱模法闪烧(热冲击)脱模法 2、型壳的焙烧第三节第三节 型壳的制造工艺型壳的制造工艺第一章第一章 熔模铸造熔模铸造第四节第四节 熔模铸件的浇铸和清理熔模铸件的浇铸和清理 14 熔模铸件的浇注和清理一、浇注1、热型重力浇注第一章第一章 熔模铸造熔模铸造 2、真空吸铸第四节第四节 熔模铸件的浇铸和清理熔模铸件的浇铸和清理第一章第一章 熔模铸造熔模铸造 3、离心浇注第四节第四节

19、 熔模铸件的浇铸和清理熔模铸件的浇铸和清理第一章第一章 熔模铸造熔模铸造 4、定向凝固第四节第四节 熔模铸件的浇铸和清理熔模铸件的浇铸和清理第一章第一章 熔模铸造熔模铸造 二、清理二、清理1、从铸件上清理型壳第四节第四节 熔模铸件的浇铸和清理熔模铸件的浇铸和清理第一章第一章 熔模铸造熔模铸造 2、切割浇冒口第四节第四节 熔模铸件的浇铸和清理熔模铸件的浇铸和清理第一章第一章 熔模铸造熔模铸造第四节第四节 熔模铸件的浇铸和清理熔模铸件的浇铸和清理第一章第一章 熔模铸造熔模铸造 3、铸件表面的清理（1）碱溶液清洗法 (2)碱爆清理（见下页）（3）电化学清理 第四节第四节 熔模铸件的浇铸和清理熔模铸件

20、的浇铸和清理第一章第一章 熔模铸造熔模铸造第四节第四节 熔模铸件的浇铸和清理熔模铸件的浇铸和清理第一章第一章 熔模铸造熔模铸造第五节第五节 熔模铸件的工艺设计熔模铸件的工艺设计15 熔模铸件的工艺设计熔模铸件的工艺设计熔模铸造工艺设计的任务如下： 分析铸件结构的工艺性。 选择合理的工艺方案，确定有关的铸造工艺参数，在此基础上绘制铸件图。 设计浇冒口系统，确定模组结构。一、铸件结构工艺性分析一、铸件结构工艺性分析铸件的结构应尽能满足下述两方面的要求：铸件的结构应尽能满足下述两方面的要求： 铸造工艺越简单越好；铸造工艺越简单越好； 铸件在成形过程中应不易形成缺陷。铸件在成形过程中应不易形成缺陷。第一章第一章 熔模铸造熔模铸造 1、为简化工艺对熔模铸件结构的要求（1）铸件的孔、槽孔的直径大于2mm，槽的宽度应大于2mm。（2）铸件的内腔铸件的内腔应尽可能的平直 。（3）铸件的壁通常壁厚为28mm，不小于1.5mm。 2、对熔模铸件结构的要求（1）应尽可能避免有大的平面。 第五节第五节 熔模铸件的工艺设计熔模铸件的工艺设计第一章第一章 熔模铸造熔模铸造（2）铸件壁的交叉相接处要做出圆角；薄、厚断面要逐步过渡。第五节第五节 熔模铸件的工艺设计熔模铸件的工艺设计第一章第一章 熔模铸造熔模铸造 （3）为防止浇不足的缺陷，铸件壁厚不要太薄，一般为28mm。二、浇冒口