熔模精密鑄造實(shí)踐前言

熔模鑄造技術(shù)發(fā)源于西亞和古代中國(guó)，繁榮于現(xiàn)代的歐美，現(xiàn)今又在我國(guó)得到迅速的發(fā)展， 并形成了專門(mén)的產(chǎn)業(yè)。現(xiàn)在無(wú)論在歐美，還是在中國(guó)都非常重視熔模鑄造技術(shù)的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)，生產(chǎn)的熔模精密鑄造件已向結(jié)構(gòu)復(fù)雜化、精密化、大型化和整體化方向發(fā)展，生產(chǎn)過(guò)程也向機(jī)械化、自動(dòng)化的方向發(fā)展，已能鑄出直徑大于15m和重達(dá)900kg以上的超大合金鋼鑄件，鑄出的鋁合金件尺寸已達(dá)850mm×500mm×500mm，壁厚不到2mm。航空、航天、燃?xì)廨啓C(jī)、渦輪增壓器等高溫合金、鈦合金、鋁合金的高質(zhì)量要求的精密鑄件生產(chǎn)已經(jīng)離不開(kāi)熔模鑄造技術(shù)。

北美和歐洲以航空航天鑄件為支撐，擁有占全球25%的精鑄廠，占全球總產(chǎn)值的63%，鑄件的附加值很高。

我國(guó)熔模精密鑄造通過(guò)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，取得可喜的、長(zhǎng)足的進(jìn)步。據(jù)最新行業(yè)統(tǒng)計(jì)資料顯示，采用第一類硅溶膠黏結(jié)劑工藝方法，生產(chǎn)航空、航天、燃?xì)廨啓C(jī)、渦輪增壓器等高溫合金、鈦合金、鋁合金的高端精鑄件的生產(chǎn)廠點(diǎn)70個(gè)，產(chǎn)值32億元；采用第一類精鑄工藝方法，生產(chǎn)出口商用精鑄件為主的不銹鋼、低合金鋼的各類機(jī)械和日用五金的商用精密鑄件，生產(chǎn)廠630個(gè)，產(chǎn)量23萬(wàn)噸，產(chǎn)值164億元。采用第二類水玻璃黏結(jié)劑精鑄工藝方法，生產(chǎn)各類機(jī)械和閥門(mén)的碳鋼和低合金鋼形狀復(fù)雜的中小型毛坯鑄件，生產(chǎn)廠1700個(gè)，產(chǎn)量126萬(wàn)噸，產(chǎn)值164億元。

由此可見(jiàn)，高附加值的高質(zhì)量精鑄件，主要集中在航空、航天和船艇制造業(yè)領(lǐng)域，其中以航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片及熱端部件和燃?xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)、燃燒室及渦輪為主。目前，中國(guó)熔模精密鑄造水準(zhǔn)與日俱進(jìn)，體現(xiàn)在采用CAD計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，壓型制造采用CAM計(jì)算機(jī)數(shù)值控制，三坐標(biāo)、加工中心已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，真空熔煉爐、光譜儀、力學(xué)性能檢測(cè)、熒光檢測(cè)、X射線檢測(cè)已經(jīng)十分普遍，CAE計(jì)算機(jī)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)分析、鑄件充型凝固過(guò)程數(shù)值模擬發(fā)展已進(jìn)入工程實(shí)用階段，鑄造生產(chǎn)正在由憑經(jīng)驗(yàn)走向科學(xué)理論指導(dǎo)，激光快速成型技術(shù)迅速發(fā)展，50t高壓注蠟機(jī)、50kg三室等軸晶真空爐、陶芯壓制成型機(jī)、高壓脫芯釜等先進(jìn)設(shè)備不斷涌現(xiàn)，相信我國(guó)從精鑄大國(guó)到精鑄強(qiáng)國(guó)的進(jìn)程會(huì)日益加快。

本書(shū)是筆者在《熔模鑄造論文集》的基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)整理編寫(xiě)而成，目的是將熔模精密鑄造的實(shí)踐和體會(huì)介紹給同行，使之更好地為精鑄生產(chǎn)服務(wù)。

本書(shū)編寫(xiě)得到朱錦倫、溫耀信先生的大力支持，謹(jǐn)表示衷心的感謝。魏兵教授為本書(shū)撰寫(xiě)序，謹(jǐn)致以深切的謝意。

第1章熔模鑄造工藝1

1.1熔模鑄造發(fā)展概況1

1.1.1發(fā)展歷史1

1.1.2現(xiàn)代熔模鑄造1

1.2熔模鑄造的工藝過(guò)程2

1.3熔模鑄造工藝的特點(diǎn)2

1.4熔模制造對(duì)模料的要求3

1.5模料3

1.5.1蠟基模料3

1.5.2石蠟低分子聚乙烯模料4

1.5.3樹(shù)脂基模料5

1.5.4填料模料5

1.6制殼耐火材料6

1.7熔模鑄造用黏結(jié)劑8

1.7.1水玻璃黏結(jié)劑8

1.7.2硅溶膠黏結(jié)劑8

1.7.3硅酸乙酯黏結(jié)劑9

1.8熔模鑄造用硬化劑9

1.9熔模鑄造用涂料10

第2章熔模鑄造型殼制造11

2.1型殼鑄造的基本情況11

2.2水玻璃型殼的鑄造實(shí)踐11

2.2.1正辛醇能改善涂掛性13

2.2.2磷酸氫二鈉能提高型殼強(qiáng)度16

2.2.3水玻璃工藝的改進(jìn)及質(zhì)量控制17

2.2.4水玻璃黏結(jié)劑工藝的嚴(yán)細(xì)操作19

2.2.5水玻璃型殼新型硬化劑22

2.2.6水玻璃工藝的新開(kāi)發(fā)26

2.3硅溶膠型殼的鑄造28

2.3.1對(duì)型殼性能的要求28

2.3.2校正插塊的應(yīng)用30

2.3.3大平面上設(shè)置工藝釘31

2.3.4支撐架鑄件的鑄造工藝32

2.3.5調(diào)節(jié)臂鑄件的工藝改善33

2.3.6狹槽灌漿工藝35

2.3.7大平面鑄件的表面涂層強(qiáng)化處理36

2.3.8熔模鑄造麻點(diǎn)麻坑缺陷的持續(xù)工藝改善37

2.3.9熔模鑄造表面層制殼工藝的研究40

2.3.10鋯英粉 熔融石英粉混合漿料的應(yīng)用45

2.3.11帶狹窄內(nèi)腔葉輪的灌砂51

2.3.12渦輪熔模鑄造生產(chǎn)過(guò)程的工藝控制51

2.3.13硅溶膠熔模鑄造工藝的改進(jìn)措施55

2.3.14對(duì)熔模鑄造現(xiàn)行制殼工藝的改進(jìn)和討論60

2.3.15熔模鑄造負(fù)壓充型加壓凝固工藝生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪62

2.3.16面層噴漿65

2.3.17復(fù)合型殼工藝66

2.3.18硅溶膠涂料的質(zhì)量控制及管理66

2.3.19有氣密性要求的精鑄件工藝68

第3章熔模鑄造表面層耐火材料73

3.1精鑄專用砂（粉）替代鋯英砂（粉）的應(yīng)用實(shí)踐73

3.1.1迎接挑戰(zhàn)挖潛降成本73

3.1.2精鑄專用粉漿料的配制73

3.1.3精鑄專用粉漿料的特性與維護(hù)74

3.1.4精鑄專用砂（粉）的生產(chǎn)應(yīng)用74

3.1.5結(jié)果與討論77

3.1.6經(jīng)濟(jì)效益分析78

3.2改性剛玉粉脫殼性改善的應(yīng)用研究79

3.2.1剛玉粉面層脫殼性差的緣由79

3.2.2利用面層材料內(nèi)部相變機(jī)理降低殘留強(qiáng)度的方法探討79

3.2.3鋯砂不銹鋼面層及熔融石英碳鋼面層脫殼性良好的原因及啟示80

3.2.4嚴(yán)格按防粘砂理論對(duì)剛玉粉進(jìn)行改性處理80

3.2.5試驗(yàn)結(jié)論80

3.3降低燒結(jié)溫度及玻璃相對(duì)剛玉面層脫殼性的影響81

3.3.1剛玉面層脫殼性差的機(jī)理81

3.3.2材料內(nèi)部相變微裂紋機(jī)制解決剛玉與面層脫殼性81

3.3.3仿照鋯砂面層高溫形成玻璃相解決剛玉面層脫殼性82

3.3.4外加物質(zhì)生成足量玻璃相解決剛玉面層脫殼性82

3.3.5結(jié)論84

3.4鈦合金熔模鑄造耐火材料的研究84

3.4.1早期的研究——以石墨材料為主的階段84

3.4.2中期的研究——以鎢面層為主的多種材料和工藝階段84

3.4.3近期的研究——以Y2O3為主的熔模陶瓷型階段84

3.4.4耐火材料的發(fā)展85

第4章熔模鑄造的型芯86

4.1熔模鑄造對(duì)型芯的要求86

4.2熔模鑄造用型芯的分類86

4.3熔模鑄造型芯的應(yīng)用實(shí)踐86

4.3.1自制型芯86

4.3.2采用處理后一般型砂工藝生產(chǎn)精鑄件88

4.3.3自硬型芯工藝在異型鑄件生產(chǎn)中的應(yīng)用89

4.3.4熔模鑄造工藝應(yīng)用樹(shù)脂砂型芯92

4.3.5精鑄覆膜砂型芯的開(kāi)發(fā)應(yīng)用93

4.3.6熱壓成型型芯95

4.3.7二元復(fù)合型芯96

4.3.8砂漿自硬型芯工藝97

4.3.9填料中氧化鈉含量對(duì)陶瓷型芯質(zhì)量的影響99

第5章熔模鑄造的熔煉100

5.1鑄鋼的分類100

5.1.1按化學(xué)成分來(lái)分100

5.1.2鑄件的牌號(hào)100

5.1.3鑄鋼的力學(xué)性能100

5.2鑄鋼的熔煉101

5.2.1金屬材料101

5.2.2氣體和非金屬夾雜物對(duì)碳素鋼力學(xué)性能的影響102

5.3鑄鋼熔煉的應(yīng)用實(shí)踐105

5.3.1爐底吹氬氣精煉105

5.3.2對(duì)中頻感應(yīng)電爐脫氧的再認(rèn)識(shí)107

5.4真空熔煉110

5.5鈦合金熔煉111

5.5.1水冷銅坩堝凝殼熔煉111

5.5.2熱源種類111

5.5.3感應(yīng)凝殼熔煉112

5.5.4鈦合金真空熔煉研究112

第6章澆注補(bǔ)縮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)114

6.1澆注補(bǔ)縮系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)114

6.2熔模鑄造澆注補(bǔ)縮系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)踐114

6.2.1有氣密性要求的精鑄件工藝114

6.2.2抗氧化鋼鑄件的熔模鑄造工藝118

6.2.3閥門(mén)精鑄件澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐122

6.2.4冒口的設(shè)計(jì)與計(jì)算124

6.2.5航空件澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)踐131

6.2.6叉形鑄件環(huán)形內(nèi)澆道的應(yīng)用135

6.2.7發(fā)動(dòng)機(jī)用鈦合金部件精密鑄造工藝136

6.2.8CAE技術(shù)在熔模鑄造上的應(yīng)用138

6.3澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)小結(jié)138

第7章熔模鑄造生產(chǎn)應(yīng)用實(shí)例140

7.1模料處理140

7.1.1問(wèn)題的提出140

7.1.2實(shí)驗(yàn)與機(jī)理140

7.1.3紅蠟處理工藝參數(shù)142

7.1.4操作程序142

7.1.5驗(yàn)證和結(jié)果142

7.1.6模料酸值測(cè)定方法143

7.1.7分析方法143

7.2全自動(dòng)低溫蠟壓蠟機(jī)的應(yīng)用體會(huì)143

7.2.1結(jié)構(gòu)原理及工藝參數(shù)144

7.2.2生產(chǎn)實(shí)例及工藝參數(shù)144

7.2.3應(yīng)用體會(huì)145

7.3低溫蠟六工位全自動(dòng)射蠟機(jī)的研制及應(yīng)用145

7.3.1設(shè)計(jì)布局146

7.3.2應(yīng)用效果147

7.4精鑄設(shè)備的節(jié)能改進(jìn)148

7.5第三代脫模劑和清洗劑的研發(fā)和應(yīng)用149

7.6二苯基碳酰二肼顯色劑穩(wěn)定性的改進(jìn)152

7.7熔模鑄鋼2Cr13的熱處理155

7.8覆膜砂型芯在熔模鑄造中的應(yīng)用157

附錄一數(shù)理統(tǒng)計(jì)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用161

附錄二金相法測(cè)試鍍層165

附錄三用光譜儀檢測(cè)材料元素時(shí)的注意事項(xiàng)168

附錄四熔煉工上崗技能培訓(xùn)169參考文獻(xiàn)175

鑄造領(lǐng)域技術(shù)人員，工人 2100433B

熔模精密鑄造是一種少切削、無(wú)切削的鑄造工藝，是鑄造行業(yè)中的一項(xiàng)優(yōu)異的工藝技術(shù)。

本書(shū)緊密結(jié)合當(dāng)前鑄造技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用情況，深入淺出地介紹了熔模精密鑄造過(guò)程中涉及的原輔材料計(jì)算方法、熔煉澆注工藝，給出了提高精鑄件質(zhì)量的新工藝、新材料、操作細(xì)則和專項(xiàng)技術(shù)。

本書(shū)既有原理的敘述、工藝參數(shù)的給出，也有工廠的應(yīng)用實(shí)例，可供鑄造領(lǐng)域的技術(shù)人員、管理人員以及企業(yè)技術(shù)工人在實(shí)踐中參考。