金属精密液态成形技术课件第2章熔模铸造2.3型壳制备.ppt

2.3 2.3 型壳制备型壳制备 生产精密熔模铸件生产精密熔模铸件就必须制造优质型壳就必须制造优质型壳 型壳的制造工艺型壳的制造工艺涂挂法涂挂法 熔模铸造型壳熔模铸造型壳 多层型壳：涂挂法制壳多层型壳：涂挂法制壳（浸涂）最常用（浸涂）最常用 喷涂法喷涂法 刷涂法刷涂法型壳的制造型壳的制造制模工艺制模工艺制壳工艺制壳工艺浇注工艺浇注工艺清理工艺清理工艺铸铸件件尺尺寸寸精精度度铸件结构、形状（大小）铸件结构、形状（大小）压型压型生产工艺生产工艺u薄薄u没有砂箱没有砂箱u浇注前要焙烧浇注前要焙烧型壳的特点型壳的特点 型壳型壳强度强度透气性透气性 耐火性耐火性脱壳性脱壳性热膨胀性热膨胀性热震稳定性热震稳定性砂型砂型强度强度透气性透气性 耐火性耐火性溃散性溃散性退让性退让性对型壳的要求对型壳的要求实际工艺问题实际工艺问题u更多的是解决矛盾更多的是解决矛盾强度强度透气性透气性强度强度脱壳性脱壳性型壳缺陷型壳缺陷型壳表面裂纹型壳表面裂纹u涂料涂料黏结剂黏结剂耐火材料耐火材料粉粉u撒砂撒砂耐火材料耐火材料砂砂型壳构成型壳构成型壳断面图型壳断面图2.3.12.3.1制壳耐火材料制壳耐火材料粘结剂粘结剂耐火材料耐火材料与粘结剂对应工艺与粘结剂对应工艺水玻璃水玻璃硅砂硅砂刚玉刚玉莫来石莫来石高岭石高岭石锆砂锆砂水玻璃工艺水玻璃工艺硅酸乙酯硅酸乙酯硅酸乙酯工艺硅酸乙酯工艺硅溶胶硅溶胶硅溶胶工艺硅溶胶工艺制壳材料制壳材料制壳材料制壳材料 耐火粉、砂占型壳重量的耐火粉、砂占型壳重量的90%90%以上，很重要。

以上，很重要面层型壳直接接触金属液，影响型壳致密性面层型壳直接接触金属液，影响型壳致密性背层型壳则影响型壳强度背层型壳则影响型壳强度1 1）制壳耐火材料的作用与性能要求）制壳耐火材料的作用与性能要求 耐火材料是组成型壳的基本材料，对型壳的性耐火材料是组成型壳的基本材料，对型壳的性能及铸件的表面质量有着重要影响能及铸件的表面质量有着重要影响耐火材料性能对型壳性能的影响耐火材料性能对型壳性能的影响熔点熔点耐火材料的熔点决定型壳的耐火材料的熔点决定型壳的耐火度耐火度，所以耐，所以耐 火材料的熔点要高于金属液的浇注温度火材料的熔点要高于金属液的浇注温度酸碱性酸碱性耐火材料的酸碱性决定型壳的耐火材料的酸碱性决定型壳的化学稳定性化学稳定性，所以耐火材料要既不能与黏结剂反应，也不所以耐火材料要既不能与黏结剂反应，也不 能与金属液反应能与金属液反应耐火材料性能对型壳性能的影响耐火材料性能对型壳性能的影响热膨胀系数热膨胀系数耐火材料的热膨胀系数越大，型壳收缩或膨耐火材料的热膨胀系数越大，型壳收缩或膨胀越大，型壳强度越低，也越容易变形；型胀越大，型壳强度越低，也越容易变形；型 壳温差大时，热膨胀系数越大，型壳膨胀收壳温差大时，热膨胀系数越大，型壳膨胀收 缩越不一致，型壳热震稳定性越差缩越不一致，型壳热震稳定性越差导热系数导热系数耐火材料导热系数大，型壳温度易趋于一耐火材料导热系数大，型壳温度易趋于一 致，型壳热震稳定性高致，型壳热震稳定性高 常用耐火材料的线膨胀率常用耐火材料的线膨胀率 1-1-硅石硅石(SiO(SiO2 2)2-2-氧化镁氧化镁(MgOMgO)3-3-电熔刚玉电熔刚玉(Al(Al2 2OO3 3)4-4-硅线石硅线石(Al(Al2 2OOSiO2)SiO2)5-5-耐火粘土耐火粘土6-6-锆石锆石(ZrO2 SiO2)(ZrO2 SiO2)7-7-熔融石英熔融石英(SiO2)(SiO2)耐火材料性能对型壳性能的影响耐火材料性能对型壳性能的影响粒度粒度合适的粒度搭配会增强型壳的致密性，从合适的粒度搭配会增强型壳的致密性，从 而提高型壳强度而提高型壳强度对耐火材料的基本要求对耐火材料的基本要求u有足够的耐火度有足够的耐火度u好的热化学稳定性好的热化学稳定性u均匀且不大的热膨胀系数均匀且不大的热膨胀系数u合适的粒度合适的粒度u价廉、无毒价廉、无毒u按用途分按用途分涂料用耐火材料涂料用耐火材料撒砂用耐火材料撒砂用耐火材料陶瓷型芯用耐火材料陶瓷型芯用耐火材料u按组成分按组成分铝硅系耐火材料铝硅系耐火材料其他耐火材料其他耐火材料（2 2）耐火材料分类）耐火材料分类石英石英 石英石英分子式：分子式：SiOSiO2 2（自然界中最纯的石英（自然界中最纯的石英晶体统称为晶体统称为水晶）水晶）；在；在地壳中的丰度为地壳中的丰度为60%60%；是一种最常见并且应用是一种最常见并且应用非常广泛的非金属矿物非常广泛的非金属矿物原料。

原料石英石英（3 3）熔模铸造常用耐火材料）熔模铸造常用耐火材料5731631178701470 石英的晶型转化石英的晶型转化石英石英 鳞石英鳞石英 方石英方石英方石英方石英 石英石英 鳞石英鳞石英 方石英方石英 鳞石英鳞石英 SiOSiO2 2系统状态图系统状态图 用石英砂（粉）制得的型壳，在加热到用石英砂（粉）制得的型壳，在加热到573573时由于时由于石英转变为石英转变为石英，体积将石英，体积将聚然膨胀，其聚然膨胀，其线膨胀率为线膨胀率为1.41.4，对型壳性对型壳性能影响很大能影响很大石英砂（粉）性能特点石英砂（粉）性能特点熔化温度熔化温度17131713；酸性，化学稳定性差（容易与金属液中的氧酸性，化学稳定性差（容易与金属液中的氧 化物和碱性氧化物起化学反应）；化物和碱性氧化物起化学反应）；大而不均匀的热膨胀系数，大而不均匀的热膨胀系数，12.512.51010-6-6-1-1 （在常用耐火材料中，石英的热膨胀系数最大）（在常用耐火材料中，石英的热膨胀系数最大）石英砂（粉）的应用石英砂（粉）的应用 石英砂（粉）适用于碳钢、低合金钢、铸铁及石英砂（粉）适用于碳钢、低合金钢、铸铁及铜合金铸件。

对于高锰钢和高合金钢铸件，由于铜合金铸件对于高锰钢和高合金钢铸件，由于铬、镍、钛、锰、铝铬、镍、钛、锰、铝等合金元素在高温下易与酸等合金元素在高温下易与酸性性SiOSiO2 2发生化学作用，造成铸件表面发生化学作用，造成铸件表面麻点麻点及及粘砂粘砂缺陷，故不宜应用石英材料缺陷，故不宜应用石英材料石英的石英的多晶转变多晶转变导致体积变化的不均匀性，影导致体积变化的不均匀性，影响型壳尺寸的线量变化不稳定用石英型壳制造响型壳尺寸的线量变化不稳定用石英型壳制造的铸件尺寸精度较低的铸件尺寸精度较低石英型壳的残留强度低，脱壳性好，且石英的石英型壳的残留强度低，脱壳性好，且石英的资源丰富、价格低廉，故至今仍是国内熔模铸造资源丰富、价格低廉，故至今仍是国内熔模铸造生产中应用的主要制壳材料之一生产中应用的主要制壳材料之一石英粉尘对人体健康有害，会造成矽肺病石英粉尘对人体健康有害，会造成矽肺病熔融石英（石英玻璃）熔融石英（石英玻璃）熔融石英（石英玻璃）是用天然高纯度熔融石英（石英玻璃）是用天然高纯度SiOSiO2 2经经电炉在高于电炉在高于17601760以上温度熔融，随后快速冷却以上温度熔融，随后快速冷却而制成的。

而制成的透明石英透明石英（12001200开始开始析晶析晶）不透明石英不透明石英（11001100开始开始析晶析晶）石英玻璃析晶石英玻璃析晶石英玻璃在高温下长时间使用时石英玻璃在高温下长时间使用时 会产生会产生方石英晶体方石英晶体，即发生所谓的析晶现象即发生所谓的析晶现象熔融石英熔融石英性能特点性能特点熔化温度熔化温度17131713；酸性；酸性；热膨胀系数小，热膨胀系数小，(0.51(0.510.63)0.63)1010-6-6-1-1 （几乎是所有耐火材料中最小的几乎是所有耐火材料中最小的）；）；优良的热震稳定性和化学稳定性优良的热震稳定性和化学稳定性价格昂贵价格昂贵熔融石英的应用熔融石英的应用 熔融石英是理想的熔模铸造制型、芯的耐火材熔融石英是理想的熔模铸造制型、芯的耐火材料，已被广泛用于料，已被广泛用于陶瓷型芯陶瓷型芯及型壳的及型壳的面层面层或或背层背层用耐火材料用耐火材料熔融石英型壳性能较好，但熔融石英型壳性能较好，但价格昂贵价格昂贵，在生产，在生产精密昂贵铸件时适合作为型壳精密昂贵铸件时适合作为型壳u电熔刚玉电熔刚玉 用用工业氧化铝工业氧化铝（晶型为（晶型为-Al-Al2 2O O3 3）加）加碳碳在电弧炉在电弧炉内熔融后制得的结晶内熔融后制得的结晶-Al-Al2 2O O3 3，则称为，则称为电熔刚玉。

电熔刚玉品种主要有品种主要有电熔棕刚玉电熔棕刚玉和和电熔白刚玉电熔白刚玉两种白刚玉的氧化铝含量大于刚玉的氧化铝含量大于9898）电熔刚玉电熔刚玉 自然界天然存在的自然界天然存在的-Al-Al2 2O O3 3晶体叫做晶体叫做刚玉刚玉电熔刚玉性能特点电熔刚玉性能特点熔点熔点20502050线膨胀系数小（线膨胀系数小（8.68.61010-6-6-1-1）且均匀）且均匀中性中性化学稳定性高化学稳定性高价格昂贵价格昂贵（约为石英砂的数十倍）、资源短缺（约为石英砂的数十倍）、资源短缺电熔刚玉电熔刚玉应用应用 熔模铸造用电熔白刚玉熔模铸造用电熔白刚玉用电熔刚玉制得的型壳，其尺寸稳定性、热稳用电熔刚玉制得的型壳，其尺寸稳定性、热稳定性及高温化学稳定性均优于石英，是熔模铸造定性及高温化学稳定性均优于石英，是熔模铸造良好的耐火材料良好的耐火材料电熔刚玉价格昂贵，目前仅应用于电熔刚玉价格昂贵，目前仅应用于耐热高合金耐热高合金钢、不锈钢钢、不锈钢和和镁合金镁合金等铸件的制壳耐火材料，也等铸件的制壳耐火材料，也可以用于制作陶瓷型芯可以用于制作陶瓷型芯锆砂锆砂 锆砂又称锆砂又称硅酸锆硅酸锆或或锆英石锆英石，是天然存在的矿物，是天然存在的矿物材料，其分子式为材料，其分子式为ZrOZrO2 2SiOSiO2 2或或ZrSiOZrSiO4 4，理论组，理论组成（质量分数）为成（质量分数）为 ZrOZrO2 267.3%67.3%SiO SiO2 232.77%32.77%常含有常含有w(HfOw(HfO2 2)0.5%)0.5%3.0%3.0%、w(TiOw(TiO2 2)0%)0%2%2%和和微量稀土氧化物。

微量稀土氧化物锆砂是锆砂是ZrOZrO2 2-SiO-SiO2 2二元系中唯一的化合物二元系中唯一的化合物硅酸硅酸锆在低于液相线温度下分解为锆在低于液相线温度下分解为ZrOZrO2 2和和SiOSiO2 2纯硅酸锆在酸锆在15401540开始缓慢分解，随温度升至开始缓慢分解，随温度升至17601760而快速分解其分解是可逆反应，即分解产物可而快速分解其分解是可逆反应，即分解产物可重新形成硅酸锆重新形成硅酸锆锆砂性能特点锆砂性能特点熔点熔点24302430弱酸性弱酸性热膨胀较小而均匀（热膨胀较小而均匀（4.64.61010-6-6-1-1）导热系数较大导热系数较大热震稳定性好热震稳定性好 应用应用 锆砂作为面层材料具有锆砂作为面层材料具有细化晶粒细化晶粒的作用，常用的作用，常用作配面层涂料及撒砂材料，多用于不锈钢等熔模作配面层涂料及撒砂材料，多用于不锈钢等熔模铸件的生产，有利于提高铸件的表面质量及尺寸铸件的生产，有利于提高铸件的表面质量及尺寸精度锆砂较贵锆砂较贵，目前仅用于除，目前仅用于除高合金钢高合金钢外的其他高外的其他高精度熔模铸件的型壳面层精度熔模铸件的型壳面层铝铝-硅系耐火材料硅系耐火材料 铝铝-硅系耐火材料是以硅系耐火材料是以AlAl2 2O O3 3和和SiOSiO2 2为基本化学为基本化学组成的组成的铝硅酸盐铝硅酸盐，在自然界蕴藏量很大，在自然界蕴藏量很大,是熔模是熔模铸造中应用的重要耐火材料。

铸造中应用的重要耐火材料AlAl2 2O O3 3-SiO-SiO2 2二元相图二元相图耐火度高耐火度高线膨胀系数比较小（比硅砂及刚玉小）线膨胀系数比较小（比硅砂及刚玉小）热震稳定性和热化学稳定性都比较好热震稳定性和热化学稳定性都比较好价格便宜价格便宜铝铝-硅系耐火材料的特点硅系耐火材料的特点A A 高岭石类熟料高岭石类熟料 高。