熔模精密铸造实践

第1章熔模铸造工艺1

1.1熔模铸造发展概况1

1.1.1发展历史1

1.1.2现代熔模铸造1

1.2熔模铸造的工艺过程2

1.3熔模铸造工艺的特点2

1.4熔模制造对模料的要求3

1.5模料3

1.5.1蜡基模料3

1.5.2石蜡低分子聚乙烯模料4

1.5.3树脂基模料5

1.5.4填料模料5

1.6制壳耐火材料6

1.7熔模铸造用黏结剂8

1.7.1水玻璃黏结剂8

1.7.2硅溶胶黏结剂8

1.7.3硅酸乙酯黏结剂9

1.8熔模铸造用硬化剂9

1.9熔模铸造用涂料10

第2章熔模铸造型壳制造11

2.1型壳铸造的基本情况11

2.2水玻璃型壳的铸造实践11

2.2.1正辛醇能改善涂挂性13

2.2.2磷酸氢二钠能提高型壳强度16

2.2.3水玻璃工艺的改进及质量控制17

2.2.4水玻璃黏结剂工艺的严细操作19

2.2.5水玻璃型壳新型硬化剂22

2.2.6水玻璃工艺的新开发26

2.3硅溶胶型壳的铸造28

2.3.1对型壳性能的要求28

2.3.2校正插块的应用30

2.3.3大平面上设置工艺钉31

2.3.4支撑架铸件的铸造工艺32

2.3.5调节臂铸件的工艺改善33

2.3.6狭槽灌浆工艺35

2.3.7大平面铸件的表面涂层强化处理36

2.3.8熔模铸造麻点麻坑缺陷的持续工艺改善37

2.3.9熔模铸造表面层制壳工艺的研究40

2.3.10锆英粉 熔融石英粉混合浆料的应用45

2.3.11带狭窄内腔叶轮的灌砂51

2.3.12涡轮熔模铸造生产过程的工艺控制51

2.3.13硅溶胶熔模铸造工艺的改进措施55

2.3.14对熔模铸造现行制壳工艺的改进和讨论60

2.3.15熔模铸造负压充型加压凝固工艺生产发动机叶轮62

2.3.16面层喷浆65

2.3.17复合型壳工艺66

2.3.18硅溶胶涂料的质量控制及管理66

2.3.19有气密性要求的精铸件工艺68

第3章熔模铸造表面层耐火材料73

3.1精铸专用砂（粉）替代锆英砂（粉）的应用实践73

3.1.1迎接挑战挖潜降成本73

3.1.2精铸专用粉浆料的配制73

3.1.3精铸专用粉浆料的特性与维护74

3.1.4精铸专用砂（粉）的生产应用74

3.1.5结果与讨论77

3.1.6经济效益分析78

3.2改性刚玉粉脱壳性改善的应用研究79

3.2.1刚玉粉面层脱壳性差的缘由79

3.2.2利用面层材料内部相变机理降低残留强度的方法探讨79

3.2.3锆砂不锈钢面层及熔融石英碳钢面层脱壳性良好的原因及启示80

3.2.4严格按防粘砂理论对刚玉粉进行改性处理80

3.2.5试验结论80

3.3降低烧结温度及玻璃相对刚玉面层脱壳性的影响81

3.3.1刚玉面层脱壳性差的机理81

3.3.2材料内部相变微裂纹机制解决刚玉与面层脱壳性81

3.3.3仿照锆砂面层高温形成玻璃相解决刚玉面层脱壳性82

3.3.4外加物质生成足量玻璃相解决刚玉面层脱壳性82

3.3.5结论84

3.4钛合金熔模铸造耐火材料的研究84

3.4.1早期的研究——以石墨材料为主的阶段84

3.4.2中期的研究——以钨面层为主的多种材料和工艺阶段84

3.4.3近期的研究——以Y2O3为主的熔模陶瓷型阶段84

3.4.4耐火材料的发展85

第4章熔模铸造的型芯86

4.1熔模铸造对型芯的要求86

4.2熔模铸造用型芯的分类86

4.3熔模铸造型芯的应用实践86

4.3.1自制型芯86

4.3.2采用处理后一般型砂工艺生产精铸件88

4.3.3自硬型芯工艺在异型铸件生产中的应用89

4.3.4熔模铸造工艺应用树脂砂型芯92

4.3.5精铸覆膜砂型芯的开发应用93

4.3.6热压成型型芯95

4.3.7二元复合型芯96

4.3.8砂浆自硬型芯工艺97

4.3.9填料中氧化钠含量对陶瓷型芯质量的影响99

第5章熔模铸造的熔炼100

5.1铸钢的分类100

5.1.1按化学成分来分100

5.1.2铸件的牌号100

5.1.3铸钢的力学性能100

5.2铸钢的熔炼101

5.2.1金属材料101

5.2.2气体和非金属夹杂物对碳素钢力学性能的影响102

5.3铸钢熔炼的应用实践105

5.3.1炉底吹氩气精炼105

5.3.2对中频感应电炉脱氧的再认识107

5.4真空熔炼110

5.5钛合金熔炼111

5.5.1水冷铜坩埚凝壳熔炼111

5.5.2热源种类111

5.5.3感应凝壳熔炼112

5.5.4钛合金真空熔炼研究112

第6章浇注补缩系统的设计114

6.1浇注补缩系统设计要点114

6.2熔模铸造浇注补缩系统设计应用实践114

6.2.1有气密性要求的精铸件工艺114

6.2.2抗氧化钢铸件的熔模铸造工艺118

6.2.3阀门精铸件浇注系统设计实践122

6.2.4冒口的设计与计算124

6.2.5航空件浇注系统设计和实践131

6.2.6叉形铸件环形内浇道的应用135

6.2.7发动机用钛合金部件精密铸造工艺136

6.2.8CAE技术在熔模铸造上的应用138

6.3浇注系统设计经验小结138

第7章熔模铸造生产应用实例140

7.1模料处理140

7.1.1问题的提出140

7.1.2实验与机理140

7.1.3红蜡处理工艺参数142

7.1.4操作程序142

7.1.5验证和结果142

7.1.6模料酸值测定方法143

7.1.7分析方法143

7.2全自动低温蜡压蜡机的应用体会143

7.2.1结构原理及工艺参数144

7.2.2生产实例及工艺参数144

7.2.3应用体会145

7.3低温蜡六工位全自动射蜡机的研制及应用145

7.3.1设计布局146

7.3.2应用效果147

7.4精铸设备的节能改进148

7.5第三代脱模剂和清洗剂的研发和应用149

7.6二苯基碳酰二肼显色剂稳定性的改进152

7.7熔模铸钢2Cr13的热处理155

7.8覆膜砂型芯在熔模铸造中的应用157

附录一数理统计在化学实验室的应用161

附录二金相法测试镀层165

附录三用光谱仪检测材料元素时的注意事项168

附录四熔炼工上岗技能培训169参考文献175

熔模精密铸造是一种少切削、无切削的铸造工艺，是铸造行业中的一项优异的工艺技术。

本书紧密结合当前铸造技术的发展和应用情况，深入浅出地介绍了熔模精密铸造过程中涉及的原辅材料计算方法、熔炼浇注工艺，给出了提高精铸件质量的新工艺、新材料、操作细则和专项技术。

本书既有原理的叙述、工艺参数的给出，也有工厂的应用实例，可供铸造领域的技术人员、管理人员以及企业技术工人在实践中参考。

熔模铸造技术发源于西亚和古代中国，繁荣于现代的欧美，现今又在我国得到迅速的发展， 并形成了专门的产业。现在无论在欧美，还是在中国都非常重视熔模铸造技术的应用和开发，生产的熔模精密铸造件已向结构复杂化、精密化、大型化和整体化方向发展，生产过程也向机械化、自动化的方向发展，已能铸出直径大于15m和重达900kg以上的超大合金钢铸件，铸出的铝合金件尺寸已达850mm×500mm×500mm，壁厚不到2mm。航空、航天、燃气轮机、涡轮增压器等高温合金、钛合金、铝合金的高质量要求的精密铸件生产已经离不开熔模铸造技术。

北美和欧洲以航空航天铸件为支撑，拥有占全球25%的精铸厂，占全球总产值的63%，铸件的附加值很高。

我国熔模精密铸造通过半个世纪的发展，取得可喜的、长足的进步。据最新行业统计资料显示，采用第一类硅溶胶黏结剂工艺方法，生产航空、航天、燃气轮机、涡轮增压器等高温合金、钛合金、铝合金的高端精铸件的生产厂点70个，产值32亿元；采用第一类精铸工艺方法，生产出口商用精铸件为主的不锈钢、低合金钢的各类机械和日用五金的商用精密铸件，生产厂630个，产量23万吨，产值164亿元。采用第二类水玻璃黏结剂精铸工艺方法，生产各类机械和阀门的碳钢和低合金钢形状复杂的中小型毛坯铸件，生产厂1700个，产量126万吨，产值164亿元。

由此可见，高附加值的高质量精铸件，主要集中在航空、航天和船艇制造业领域，其中以航空发动机的涡轮叶片及热端部件和燃气轮机的压气机、燃烧室及涡轮为主。目前，中国熔模精密铸造水准与日俱进，体现在采用CAD计算机辅助设计，压型制造采用CAM计算机数值控制，三坐标、加工中心已经得到广泛应用，真空熔炼炉、光谱仪、力学性能检测、荧光检测、X射线检测已经十分普遍，CAE计算机静态和动态结构分析、铸件充型凝固过程数值模拟发展已进入工程实用阶段，铸造生产正在由凭经验走向科学理论指导，激光快速成型技术迅速发展，50t高压注蜡机、50kg三室等轴晶真空炉、陶芯压制成型机、高压脱芯釜等先进设备不断涌现，相信我国从精铸大国到精铸强国的进程会日益加快。

本书是笔者在《熔模铸造论文集》的基础上进行系统整理编写而成，目的是将熔模精密铸造的实践和体会介绍给同行，使之更好地为精铸生产服务。

本书编写得到朱锦伦、温耀信先生的大力支持，谨表示衷心的感谢。魏兵教授为本书撰写序，谨致以深切的谢意。

铸造领域技术人员，工人 2100433B