消失模涂料易忽视的问题

消失模涂料易忽视的问题

摘要：本文描述的消失模铸造特指具有：泡沫模型、干砂、真空三个工艺条件的铸造工艺。消失模铸造在我国有多种工艺方法，不同的消失模铸造方法，对涂料性能的要求不同，浇注系统和铸件本体对涂料性能的要求也不同，消失模涂料的透气性，准确的说应该是通透性，中温区的通透性有实用价值，在骨料的选择方面，不是耐火度越高越好，为了保证型砂的透气性能良好，对涂料的剥脱性有新的要求，涂料的制作和使用方法，对涂料的工作性能和工艺性能都有影响。

关键词：消失模铸造，气化法，排碳法，空壳铸造，工作性能，工艺性能，中温区通透性，

耐火度，烧结度

几年前笔者写的一篇“消失模铸造高猛钢用镁橄榄石粉涂料”的文章发表在《铸造技术》后，许多同仁来电来函与我沟通有关消失模铸造涂料的一些问题，综合起来看，笔者认为有如下一些问题容易被同仁忽视或误解，有必要认真讨论。

1.消失模铸造的界定

最早使用泡沫模型制造金属铸件的方法是美国人H.F斯洛伊(Shroyer)在1958年4月15日获得的美国专利(专利号：2830304)。这一天是铸造史上具有跨时代意义的日子，我们应该把这一天视为消失模铸造纪念日。

在Shroyer的专利中，他描述的是用聚苯乙烯(EPS)泡沫板手工拼接泡沫模型，用粘结砂使之固定进行金属液体浇注的过程。

这种在当时令人耳目一新的铸造方法与传统铸造不同的是：粘结砂中不再是空腔，而是实实在在的泡沫模型，所以，称之为实型铸造，也就是所说的FM或FMCP法。

美国人Shroyer的专利被德国人G.哈特曼(G.Hartmann)买断，在泡沫专家A.维特莫塞(A.Wittmoser)的指导下实现了工业化生产应用，并在1962年首先报导了将泡沫模型埋在干砂中生产铸件的方法。这种方法我们称之为干砂实型铸造。

通常，干砂实型铸造只用于低密度和低熔点的铸铝件，这是因为铸铝件在型腔内金属铝液热辐射和对流导热的系数较小，泡沫型和铝液隙的空隙小，所以，干砂不易溃散。

铸铁，铸钢时由于铸态金属的密度大，温度高，热辐射和对流导热强烈，泡沫气化速度快，发气量大，泡沫型和液态金属间的气隙非常大，所以，干砂显得强度低，定型困难，控制不当，易于溃散塌箱，因此，很少用于铸钢和铸铁件的生产。

几乎与德国G.Harttmann报导干砂实型铸造的同时期，日本长野县工业实验所和秋田株式会社发明了V法铸造(Vacuum)。

V法铸造是英文真空密封法铸造的字头，Vacuum是利用塑料薄膜封闭砂箱，抽真空使干砂定型的造型方法。

1980年Shroyer的专利保护期满后，使用泡沫模型做铸造的方法才从垄断中解放出来，得到了迅速发展。聪明的日本人将抽真空使干砂定型的方法应用到泡沫型铸造上，使消失模铸造和真空铸造得以同时发展，而产生了我们今天共同研讨的，具备泡沫模型，干砂，真空三个工艺条件的铸造方法。

这种铸造方法初始名字很多，如：气化模铸造，负压实型铸造，泡沫模型干砂负压法铸造等等，为了避免多种称谓给描述造成的混淆和误解，1990年夏季，美国铸造协会通过一项协议，将使用泡沫做模型，干砂埋型，抽真空定型的这种铸造方法称为：消失模铸造，简称(EPC)。

通过对消失模铸造发展简史的回顾，我们可以勾勒出这样的一个过程：消失模铸造方法的发展和不断完善，是由泡沫模型湿砂法(FM法)向泡沫模型干砂负压法(FV法)的衍变过程。这种衍变不仅仅是造型方法的衍变，而是工艺原理发生了根本的变化。泡沫模型的消失方式发生了根本的转变。

实型铸造的泡沫模型是在开放条件下，猛烈燃烧消失。

干砂实型铸造多用于铸铝体，泡沫模型以液化方式消失为主。

负压实型干砂(消失模)铸造方法，泡沫模型则是以气化为主的方式消失。

以上所述的三种方法，不仅泡沫的消失方式不同，定型原理也根本不相同，所以，各自对涂料性能的要求也不尽相同。

实型铸造依靠粉结剂使型砂定型，又是开放式浇注，涂料在型砂和液态金属之间主要起隔断作用，防止发生难以清除的粘砂。

不抽真空的干砂实型铸造型砂定型机理相对复杂，这种方法必须由模型底部注入金属液，液态金属依靠其静压力充型，在液面不断上升的过程中通过辐射的导热方式，把携带的热量传递给泡沫模型，泡沫受热后迅速收缩，液化并滴落在液态金属层表面。滴落在液态金属表面的液态泡沫材料受到更高温度的作用，迅速气化产生高压气体。气隙间隙的型砂就是依靠气体的高压维持模型腔的形态。

金属液面不断的以上凸的形态上升，液态的泡沫物瞬间就会被挤压在液态金属和涂层之间。为避免铸造缺陷的发生，这种方法要求涂层有良好的润湿性能，吸收泡沫模型的液化物，并在液态金属压力的作用下使泡沫模型的液化物排除型腔，进入砂型间隙。

在液态金属高温的作用下，液态泡沫在排出的过程中不断地气化进入外围的砂子间隙，此时，气化泡沫物的遇冷又凝结成液态物质，使型砂粘结定型。

在抽真空的状态下，大气产生的压力差使型砂紧实的如同石块一样坚硬，本文讨论的是具有泡沫模型，干砂，抽真空三个工艺条件的消失模铸造方法所使用涂料的相关问题。

笔者认为，使用泡沫型铸造的方法有三种，虽然泡沫模都消失，但在我国的氛围，只有具备泡沫型，干砂，真空三种工艺条件的铸造方法才应该称之为消失模铸造。

2.消失模铸造目前有三种工艺方法

消失模铸造自上世纪八十年代初进入我国以后，曾经历了很长一段时间的浑沌期，行业内曾流传着一句话：看似简单的消失模铸造，一看就会，一做就废!

作为一门独立的技术方法，消失模铸造应该有属于自己的理论基础，正是因为我们忽略了对消失模铸造特有理论的研究，很长一段时间借用传统铸造的理论解读消失模铸造，才使我们进入了与实际截然性反的误区。

当我们给自己提出消失模铸造应该研究什么的课题时，我们才发现，消失模这个名字起的很贴切!非常之好!三个字就罩定了主题!

消失模铸造就是要研究：模消失!

简单的说，要研究模消失过程中的三个问题：模消失的方式，模消失的时间，模消失的量。

2.1消失模铸造模的消失方式

消失模铸造的模是以碳、氢元素为主的化合物，它的消失方式有两种。

1)气化消失;

2)燃烧消失。

消失模铸造浇注过程中如果液态金属能封闭住直浇道，不使空气进入型腔，在高温无氧的条件下模型的泡沫材料就会由大分子裂解成小分子，由固态转变为气态通过涂层被真空吸走排出。

如果浇注的过程中有空气被吸入型腔，泡沫材料就会发生猛烈的燃烧。这个常识我们每个人都有，泡沫燃烧会产生大量的游离碳和碳束。这是因为空气中的氧浓度不充足，活泼的氢原子与氧结合，而使碳游离。游离的碳和碳束溶于液态金属，会发生弥漫性增碳，碳偏析光亮碳，使铸件的材质，品质和加工性能发生改变。

灰口铁和球铁的碳浓度较高，吸碳倾向不明显，碳钢的碳浓度很低，贪婪的吸收碳，泡沫燃烧产生的游离碳就成了铸钢件的致命杀手。所以，早期很少有人能做好消失模的铸钢件，特别小干型铸钢件。

我们知道了游离碳发生的原理，我们也知道了游离碳的危害，我们也知道游离碳的发生不可避免，只要有一种方法能使燃烧产生的游离碳排出型腔，不溶于液态金属里就可以防止增碳缺陷的发生。于是，我们尝试着从冒口中直接浇注，宽敞的冒口通道使泡沫燃烧产生的气体和游离碳得以比较充分排出，解决了铸件严重的增碳问题。开放式浇注方法是从解决排碳入手的，所以，我们称之为消失模铸造的排碳法，多用于需要冒口补缩的厚大件和铸钢件。与此相对应的封闭式浇注方法，是希望创造高温无氧的条件，使泡沫气化消失，所以我们称之为消失模铸造的气化法。

2.2消失模铸造模的消失时间

消失模铸造模的消失实际上是液态金属对泡沫型的置换。既然是两种物质的置换，在一入一出的时间关系上就有三种表现形式：

A、液态金属的充型速度快于泡沫模型的消失速度;

B、液态金属的充型速度与泡沫模型的消失速度同步;