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1、熔模铸造工艺知识,培训材料,目 录,1、熔模铸造发展历史 2、熔模铸造工艺流程 3、熔模铸造工艺特点 4、熔模铸造工艺优势与劣势 5、熔模铸造工艺应用范围 6、熔模铸造典型零件介绍,7、熔模铸造工艺发展趋势 8、精铸公司产品介绍 9、产品轻量化设计主要做法 10、产品轻量化设计案例介绍 11、铸件常见缺陷分析,一、熔模铸造发展历史,熔模铸造又称为失蜡铸造，熔模铸造的历史可以追溯到4000年以前，最早起源于埃及、中国和印度，在我国的出土文物中发现在公元前2500年以前，我们的祖先就能用熔模铸造的方式生产各种铜器皿、钟鼎及艺术品。 现代熔模铸造工艺是在20世纪初期开始形成，最初用于制牙及珠宝饰业。

2、第二次世界大战期间，由于国防、航空工业发展的需要，英、美等国首先采用熔模精密铸造方法，生产喷气涡轮发动机叶片等形状复杂、尺寸精确、表面质量要求很高且不易机械加工的铸件。,熔模铸造艺术品,二、熔模铸造工艺流程,2.1、制造工艺流程,制模,蜡模组树,制壳,脱 蜡,型壳焙烧,合 金 熔 炼,浇 注,脱 壳,落 件,模具制造,磨浇口,抛丸,精整,校正,探伤防锈,品质检查,成品入库,热处理,2.2、制造工艺流程示意图,注蜡,制模,组树,涂料,撒砂,脱蜡,型壳焙烧,浇注,清理,铸件,干燥,2.3、工序介绍,模具示意图,2.3.1、模具制造,熔模铸造模具又称压型，含分型面、型腔、型芯、顶模机构、锁紧机构等。

3、,制模用的压型,2.3.2、制模,A、常用蜡料,B、典型的制模工艺,2.3.4、制壳,A、制壳材料,硅溶胶制壳工艺没有化学硬化， 干燥脱水,B、制壳操作流程,C、精铸公司制壳工艺,2.3.5、脱蜡,脱蜡时注意事项：,A、脱蜡是模型蜡从模壳中脱出形成型腔的过程，脱蜡前模壳存在时间不低于24h； B、脱蜡方法：热水法和高压蒸气法,清理浇口杯顶残砂：防止浮砂落入型腔； 加入补充硬化剂：热水脱蜡时加入1%盐酸，型壳得到补充硬化，并可防止蜡料皂化； 脱蜡水严禁沸腾：防止将槽底的砂粒翻起进入型腔； 脱蜡后的型壳禁止杯口向上放置：防止脏物落入型腔。 槽液定期清理与更换。,C、蜡料回收,蜡基模料：去除皂化物

4、方法：酸处理法 加水-通蒸气+加盐酸-酸+盐（水溶性盐）-皂化物颗粒消失-静置（杂质下沉）分离,树脂基料回收,2.3.6 型壳焙烧,目的：去除型壳中的水分、残余蜡料、皂化物等，使之具有低发气量和良好透气性，同时减少液态合金与型壳的温差，提高充型能力。 焙烧炉类型：型壳焙烧宜采用油炉、煤气炉或电阻炉。而燃煤反射炉由于温度分布不均匀，灰尘较多,而且污染环境故不宜采用。 型壳焙烧温度：型壳适宜的焙烧温度应为850-980，保温时间0.5-2h。,2.3.7、熔炼,熔炼设备：感应炉（高、中、工频）、电弧炉、电渣炉、等离子炉等，常用中频感应炉。 合金种类：铸钢、球铁、有色合金等； 筑炉材料：酸性料、碱性

5、料、中性炉； 中频感应炉熔炼工艺： 准备（检查炉体、工具、备料）-装料（装料顺序）-熔化-调整成分-脱氧（脱氧剂加入顺序：锰、硅、铝）-出钢浇注,2.3.8、浇注,溶模铸常用浇注方法：重力浇注、真空吸注、离心浇注、调压浇注、低压浇注； 浇注工艺参数对质量的影响 浇注温度、浇注速度、型壳温度、铸件凝固冷却速度,2.3.9 脱壳、落件、磨浇口,2.3.10、铸件热处理,A、铸钢件热处理,B、球铁热处理,2.3.11、抛丸、精整、矫正,A、抛丸,目的：清除铸件表面残砂、氧化皮； 抛丸设备：滚筒式、橡胶履带式、转台式、吊钩式等； 原理：叶轮高速旋转，将钢丸抛向铸件，以弹丸的动能打击铸件； 抛丸机构成：

6、 抛丸器、弹丸循环系统、铸件运载装置、清理室、除尘系统,B、精整,C、矫正,矫正后检验： 尺寸或形状位置偏差符合要求； 表面探伤，不允许存在裂纹。,2.3.12、探伤、防锈,A、探伤,B、防锈,目的：保证铸件库存状态不锈蚀； 方法：防锈液浸入法。,2.3.13、品质检查,A、外观质量,标准：Q/DFLCM0108-2006 熔模精密铸件技术条件,B、内在质量,C、其它要求,2.3.14、成品入库或下工序,成品（不需加工）：按标准包装要求，定箱入库； 半成品（需后序加工）：装箱发下序加工,三、熔模铸造工艺特点,使用可熔（溶）性一次模和一次型（芯）：使用整体蜡模和整体型腔，不用开型起模； 流体制壳

7、：使用涂料与砂粘结制壳，涂层对蜡模复印性好； 热壳浇注：热壳下浇注，金属液充型性好。,四、熔模铸造工艺优势与劣势,铸件尺寸精度高，表面粗糙度值小：尺寸CT4-6级，表面粗糙度Ra3.2-12.5； 可铸造形状复杂的铸件：典型空心叶片，应用于铸件轻量化技术； 合金材料不受限制：各种合金材料均可。 生产灵活性高、适应性强：由于工装的灵活性，相应生产不受批量的限制。,A、优势,铸件尺寸不能太大：铸件重量最大可做到1000Kg，超出重量铸件难度较大； 工艺过程复杂，生产周期长：影响铸件质量因素太多，工序质量控制难度增大； 铸件冷却速度较慢：导致铸件晶粒粗大，碳钢件易脱碳。,B、劣势,五、熔模铸造应用范

8、围,从产品类别来看，熔模精密铸件主要分为两大类：军工、航空类产品与商品类产品。前者质量要求高，后者质量不如前者。随着冷战时代的结束，各国军工产品大幅度减少，但民航、大型电站及工业涡轮发动机的发展，使得军工、航空类产品所占比例变化不大。现在熔模铸造除用于航空、军工部门外，几乎应用于所有工业部门，如电子、石油、化工、能源、交通运输、轻功、纺织、制药、医疗器械等领域。,七、熔模铸造工艺发展趋势,1、更大更薄：目前，熔模铸造生产的精密铸件，最大轮廓尺寸可达1.8m，而最小壁厚却不到2mm，最大铸件重量接近1000kg。 2、更精：熔模铸件已经越来越精确，在ISO标准中的一般线性尺寸公差是CT46级，特

9、殊线性尺寸公差高的可大CT3级，而熔模铸件表面粗糙度值也越来越小，可达到Ra0.8um。 3、更强：由于材质的改进和工艺技术的进步使得铸件的性能越来越好。如飞机发动机用的涡轮叶片工作温度由980提高到1200；热等静压技术的应用使得熔模铸造生产的镍基高温合金、钛合金和铝合金的高温低周波疲劳性能提高310倍。,在用石英砂型壳浇注高锰钢或高合金钢铸件时, 会发生类似情况，金属液中镍、铬、钛、锰等元素易氧化。他们的氧化物在高温时与型壳中SiO2反应生成低熔点化合物，造成化学粘砂。 当石英粉中存在金属氧化物Fe2O3等有害杂质时, 会显著降低型壳耐火度，使粘砂更为严重。 浇注温度过高，钢水氧化，与型壳

10、发生界面反应,造成化学粘砂。 浇注系统设计不合理，造成型壳局部过热，也会造成化学粘砂。,A3、防止措施 严格控制面层涂料及撒砂中的杂质含量，特别是Fe2O3含量。 正确选择型壳耐火材料，做高锰钢和高温合金钢铸件时，面层涂料、撒砂应选用中性耐火材料为宜，如电熔钢玉或锆英砂粉等。 合金在熔炼及浇注时，应尽可能避免金属液氧化并充分脱氧、除气。 在可能的条件下，适当降低金属液浇注温度，薄壁件以提高型壳温度，尽量做到出壳后马上浇注为宜。 改进浇注系统，改善型壳散热条件，防止局部过热。,B、夹砂、鼠尾,B1、特征： 夹砂 铸件表面局部呈翘舌状金属 疤块， 金属疤块与铸件间夹 有片状型壳层（砂），又称 结疤

11、夹砂。 鼠尾 铸件表面呈现条纹状沟痕。 夹砂鼠 尾是熔模铸造中常 见的表面缺陷， 常出现在 铸件大平面或过热处。,B2、形成原因: 型壳分层，主要有以下几种情况: 面层涂料撒砂后干燥、硬化不良。 面层撒砂太细，过度层撒砂太粗，造成过度层与面层结合不好及砂中粉尘太多。 涂下层时，上层存在浮砂未清除。 涂料粘度过大，涂料流动性不好，产生局部堆积造成硬化不良。 残余硬化液作用在下层涂料上，使涂料两面硬化，但两面都硬化不透，使涂料本身形成未硬化的夹层。,B3、防止措施: 面层型壳充分干燥，硬化。 降低第二层涂料粘度,防止面涂料堆积。 面层撒砂不易过细，层间撒砂粒度差不易过于悬殊。 砂中粉尘含量及含水量

12、要尽量小，并注意涂料前的浮砂去除。 型壳过湿不宜高温入炉焙烧 尽量避免铸件的大平面结构平面向上或平面浇注。 必要时，在大平面结构的铸件上加设工艺筋、工艺孔，防止型壳分层导致铸件产生此类缺陷。,C2、形成原因： 麻点是金属液中氧化物与型壳材料中氧化物发生化学反应形成的。经光谱分析,缺陷处金属中硅含量增加，而锰含量极少,熔渣的岩相分析表明，熔渣中含有硅酸铁，硅酸锰及硅酸钴等氧化物。 另外，金属液温度过高，浇注过程中产生二次氧化,或在氧化气氛中凝固，也会造成铸件产生麻点缺陷。,C3、 防止措施： 严格控制面层耐火材料中杂质含量，特别是Fe2O3等氧化含量。 防止和减少金属氧化，尽量采用快速熔化，并对

13、金属液进行充分的脱氧。 提高型壳焙烧温度，适当降低浇注温度，型壳浇注时要尽量保证型壳温度高，做到快出快浇。 采取浇注后在还原性气氛中凝固，如浇注后马上撒些废蜡或废机油等碳氢化合物并加罩密封，使其造成在还原性气氛中凝固。,D1、 特征：铸件表面局部出现鼓胀现象。,D、鼓胀,D2、 形成原因： 型壳的常温强度或高温强度太低，在型壳脱蜡时，型壳受蜡料膨胀而蜡料不能及时排出使局部膨胀变形；或在浇注时，型壳受高温金属液作用而变形,造成铸件局部出现鼓胀。 造成型壳常温强度及高温强度不高的主要原因与粘结剂种类、耐火材料种类及质量和制壳工艺等因素有关。,D3、防止措施： 严格控制耐火材料的质量,使用杂质含量低

14、的耐火材料。 选用适宜粘结剂,提高型壳高温强度。 根据铸件大小、形状正确选择型壳层数，件大时适当增加制壳层数。 根据制壳工艺，保证型壳制造时的涂挂撒砂均匀，及干燥、硬化效果。 适当提高脱蜡介质浓度及温度，缩短脱蜡时间。 适当降低浇注温度，必要时采用磌砂浇注。 对大平面易产生膨胀的部位加设工艺筋或工艺孔。,E1、特征：铸件表面上有分散或密集的微小突刺，称为金属刺（或毛刺)。,D、金属刺（毛刺）,E2、形成原因： 型壳面层不致密,有很多孔洞缺陷，浇注时金属液进入型壳孔洞造成金属刺缺陷。造成型壳表面不致密产生孔洞的原因： 面层涂料粘度过低，粉液比太低造成型壳表面孔洞多,不致密。 水玻璃型壳表面蚁孔所

15、致蚁孔形成的原因是由于水玻璃涂料同模料的润湿角大于水玻璃涂料对耐火材料的润湿角，也就是说耐火材料对涂料的润湿性比模料好，使涂料局部脱离开蜡模表面，从而在型壳表面形成一些单个或密集的小孔洞，孔洞形状不规律，外口大里口小。 水玻璃型壳表面存在蠕虫孔所致孔洞呈单个或断续的，似蠕虫状，形成于硬化过程，多见于型壳大平面上。当面层涂料粉液比过低时，涂料中的粉料倾向于形成团絮状，导致水玻璃在型壳表面成断续的网状分布，硬化时水玻璃产生的胶凝收缩受到阻碍，沿粉料团絮周围的水玻璃网膜裂开, 型壳表面形成断续的蠕虫状孔洞。,E3、 防止措施： 对水玻璃面层涂料，应适当降低水玻璃密度。（d=1.26 1.27/cm3

16、）选用级配粉，保证面层涂料有足够的粉液比。 面层涂料中加入适量润湿剂(表面活性剂)0.3%左右,并使蜡模充分脱酯，改善涂料与蜡模的润湿能力。 保证面层涂料厚度，不可太薄，撒砂粒度合理选择，不可太粗。 涂料充分搅拌和回性(回性12小时)。 面层涂料撒砂后，先自然干燥1小时以上再硬化，以减小硬化时的胶凝收缩。,F1、 特征：铸件表面有突出的球形金属颗粒，常出现在铸件凹槽或拐角处。,F、金属刺（铁豆）,F2、形成原因： 面层涂料中含气泡或涂料对蜡模的润湿性差，在涂挂涂料时，在凹槽的拐角处留有气泡，造成型壳表面存在珠形孔洞，浇注时金属液进入孔洞形成突出在铸件表面上的金属珠。,F3、 防止措施: 面层涂

17、料加入改善润湿性的表面活性剂后，应加入0.1- 0.3%的消泡剂。 除在搅拌涂料时应防止卷入气体外，配好的涂料留有足够的时间使气体逸出。 蜡模充分脱酯以改善涂挂性。 挂面层涂料时，用压缩空气吹去存留在蜡模凹槽、拐角处的气泡。 有条件时可采用真空涂面层涂料。,孔洞类常见缺陷主要有： 气孔、渣气孔、缩孔、缩松等缺陷。,G、气孔(集中性气孔) G1、特征：铸件上存在着光滑孔眼缺陷,往往出现在铸件个别部位。,G、孔洞类缺陷,G2、 形成原因: 型壳焙烧不充分,浇注时型壳中产生大量气体侵入金属液中。 浇注方法不合理，浇注时卷入气体进入型腔(此类为卷入性气孔)。 浇注系统设计不合理,型壳排气不好。 金属液

18、脱氧、除气不充分。,G3、 防止方法: 适当提高焙烧温度，并保证足够的保温时间20分钟。 熟练掌握浇注方法，引流要准，注流要稳，避免卷入气体进入型腔。 合理设置排气道，尽可能采用底注式浇注系统。 熔炼过程中尽量避免氧化、吸气,浇注前金属液充分脱氧、除气。,H2、 形成原因: 此类气孔的产生主要是由于金属液中所含气体，随温度降低气体溶解度减小，过饱和气体从金属液中析出形成气泡，在铸件凝固前未能上浮逸出而造成，由于是金属液析出气体所形成，故又称析出性气孔。,H3、防止方法： 选用清洁炉料并减少回炉料用量,炉料要干燥,采用预热炉料更好。 严格控制熔炼工艺，避免熔炼过程中的钢水氧化和吸气。 掌握正确的

19、脱氧方法，脱氧充分。 镇静钢液后浇注，使气体逸出。,I1、特征：铸件表面存在着夹杂物与气孔并存的孔眼，呈分散状。,I、渣气孔,I2、 形成原因: 此类缺陷的产生主要是熔炼过程中所使用的金属炉料不干净或回炉料过多，产生了较多的金属夹杂物，金属液脱氧除气不充分使钢液中含气量多或型壳焙烧不充分浇注时产生气体,铸件凝固后产生渣气孔。,I3、 防止方法： 选用清洁炉料并减少回炉料用量。 严格控制熔炼工艺，加强脱氧、除渣、除气。 镇静钢液,使夹杂物及气体上浮逸出。 充分焙烧型壳，保证保温时间。,J1、 特征：铸件内部存在的表面粗糙、形状不规则的粗 大且集中的孔洞。,J、缩孔,J2、形成原因: 合金在液态收

20、缩和凝固时，铸件某部位（通常是最后凝固的热节处）不能及时得到液体金属的补缩，而形成缩孔。如热节过多过大、浇冒口设计不当，不利于顺序凝固，使铸件热节处得不到金属液补充、浇注温度过高，散热条件差造成局部过热。,J3、防止方法： 改进铸件结构，力求壁厚均匀，减少热节，有利于顺序凝固。 合理设置浇冒口系统（包括合理确定内浇口的位置、内浇口的大小、形状)以保证造成顺序凝固。 合理组装模组,使铸件间有一定距离，防止局部过热。 适当提高型壳温度，以降低浇注温度，保证型壳和金属液浇注温度的合理性。 保证浇道、浇口杯充满，或在浇口杯和冒口上加发热剂、保温剂。 改进熔炼工艺，减少金属液中气体和氧化物，提高其流动性

21、和补缩能力。,K1、 特征：铸件内部有许多细小、分散且形状不规则孔壁粗糙的孔眼,称为缩松。,K、缩松,K2、 形成原因: 金属液在型壳中凝固时，当合金凝固温度范围较大就会形成较宽的凝固区域，在凝固区域内是按“体积凝固”方式进行凝固的。即在该区域内同时形成晶核并长大，到凝固后期,固相比例大枝晶生长连成骨架，把未凝固金属液分割成孤立的或近乎孤立的小熔池，这些金属液在凝固时就难以得到补缩，从而形成了许多细小、分散的小孔，即形成了缩松。,K3、 防止方法: 合理改进铸件结构，改善凝固速度。 改善型壳散热条件，避免型壳形成局部热点。 提高局部热节的凝固冷却速度，减少热节的过热度, 适当降低浇注温度，避免

22、铸件凝固时形成较宽的凝固区域,减缓体收缩率。 合理设置浇注系统，应避免浇注时金属液冲击固定点形成局部过热点。 改进熔炼工艺，减少金属液含气量。,L、冷裂纹 L1、特征： 铸件上连续地直线或折线及圆滑曲线状穿过晶体的裂纹，称为冷裂。外型呈宽度均匀的细长直线或折线 及圆滑曲线，而且常常穿过整个铸件截面，断口干净，具有金属光泽或轻微的氧化色。（说明裂纹出现在较低温度),L、裂纹缺陷,L2、产生原因： 铸件结构不合理，壁厚悬殊造成各部份冷却速度差别过大及铸件收缩阻力过大，使铸件在冷却过程中产生较大收缩应力或应力集中。 合金成分和熔炼质量对冷裂的影响 C、Cr、Ni含量相对较高时，增大钢的冷裂倾向。 P

23、增加钢的冷脆性（特别是含量0.1%时） 钢水脱氧不良或浇注不当时，产生的氧化夹杂物、缩孔气孔和粗大树枝晶，成为裂纹萌生核心，促使冷裂形成。 型壳的退让性差。 外界因素的原因：清壳过早、清壳、修整、机加工过程中受到碰撞，残留应力引起铸件开裂。,L3、 防止措施： 改进铸件结构设计，壁厚力求均匀，平滑过渡，内腔圆角足够大，设置工艺筋且合理，尽量减小对铸件收缩的阻力。 正确设置浇注系统,使铸件各部份的冷却速度趋 于一致。 加强金属液的熔炼质量，脱氧除渣尽量彻底，减少铸件中气孔、夹杂物等情况，并严格控制有害杂质P、S、Al等。 尽量减少型壳层数，以提高型壳退让性。 为减少铸件内应力，可适当降低浇注温度

24、及冷却速度延长铸件在型内的冷却时间（培箱浇注）。 对残留应力大或裂纹倾向严重的铸件，清理、加工前进行热时效。 避免人为的损坏。,热裂是中碳钢、合金钢最常见和危险较大的缺陷之一。,M、热裂（常见及危害较大）,M1、 特征 ： 外裂：裂口从铸件表面开始，逐渐延伸到内部呈表面宽而内部窄,裂纹被氧化而变色。 内裂: 通常产生在铸件最后凝固的地方(热节处) 有时出现在缩孔的下部,不规则、有分叉。,M2、 产生原因和影响因素： 四大主要因素铸件结构、铸造合金、浇注系统和冷却速度。, 铸件结构的影响： 热节和转角部位较多的铸件,这些部位凝固较慢。 内尖角处应力集中,铸件收缩受阻时产生拉 长作用。 厚薄不匀，

25、冷却快慢不同，薄处先凝强度较高，厚部位凝固时，收缩应力集中于此处。 浇冒口设计不合理，对铸件收缩起到阻碍作用，增大铸件收缩应力。, 铸造合金性质的影响： 合金的化学成分影响 含C（碳）量对热裂的影响（与浇注温度及含锰量关系不大）0.2%时抗热裂性最大；0.2%时抗热裂性随含C量增加而增加；0.20.5%时抗热裂性随含C量增加而减少;0.5%时抗热裂性随含C量增加而增加。,P、S降低抗热裂性 Mn具有良好的抗热裂性，1.0%以下提高Mn含量能提高抗裂性。 Si的影响不显著，在0.2-0.6%范围内提高Si量，会使热裂倾向略有减弱，但Si对流动性有影响。,合金液体中气体和夹杂物的危害 合金液体中有

26、H、O、N等气体时，将在合金结晶过程中析出在晶界液膜处，切割了合金组织，削弱了晶粒间的联系，降低了合金固液态时期的强度，而加大热裂倾向。,非金属夹杂物（氧化物、硫化物、硅酸盐等）存在于合金液体中，由于其熔点低，凝固中也会析出在晶界液膜处，并以薄膜状，长条形和链状等几何形状分布在晶粒边界造成热裂，危害最大。, 浇注系统和冷却速度的影响 对于壁厚相差较大的铸件，内浇口设置在壁厚处增大了铸件热应力或热节较多的铸件设置了多个内浇口造成了铸件线收缩受阻增加了铸件的热裂倾向。厚壁件冷却速度慢或薄壁件冷却速度太快也会增加热裂倾向。,B3、防止措施： 改进铸件结构，减少壁厚差，平滑圆角过度，减小应力集中. 改

27、善型壳退让性，正确选择型壳。 严格控制及调整合金成分,特别是P、S的含量。, 严格控制金属液中气体含量及减少或改变非金属夹杂物的形态。如碳钢、合金钢的变质处理（加入0.3%以下的合金或稀土元素：钒、铈、钛、铌）。 改进浇注系统设计,特别是内浇口位置的设置及大小、 数量。 正确控制铸件冷却速度,厚壁件易提高冷却速度, 薄壁件冷却速度不易过高，以减小热裂倾向。,A、铸件脆断(包括氢脆),A1、特征: 主要指铸钢件断裂,断面晶粒粗大，呈冰糖状。,11.7、其它类缺陷,A2、 形成原因: 熔炼过程中脱氧剂(铝)用量过高，或金属液中硫、硼含量过高及金属液严重过热等造成铸 件晶粒粗大，晶粒边界上分布着氮化铝、硫化 锰和网状硼化物，使钢(铸件)塑性和冲击韧性显著降低,从而导致铸件晶间脆性断裂。 由于金属液吸氢严重时，也会产生铸件脆性断裂，又称为氢脆。,A3、 防止方法: 严格控制脱氧剂(铝)的加入量0.1%,且脱氧时应尽可能使铝在钢液中分布均匀。 采用洁净的炉料，提高炉衬质量，防止硫、硼及其它有害杂质混入钢液。(钢液中含硼量不得超过0.005%) 严格控制熔炼工艺，防止钢液严重过热和吸氢。,B、变形,