制壳用耐火材料与粘结剂型壳介绍1-4
失蜡铸造(1)全解
由底座14，右半 型1，左半型3， 和盖板8四块组成 内腔由型芯2形成。
手工压蜡的压型结构图
1.4 易熔模制造
易熔模简称熔模，熔模的质量影响铸件的尺 寸精度及表面粗糙度，易熔模制造工艺流程 如图所示。
压型准备
原材料 定 量
热机械混 合均匀化
4．强度 为保证生产过程中不损坏，熔模需要有一定强 度，模料强度多以抗弯强度表示，一般模料抗 弯强度应不低于2.0MPa，最好为5.0~8.0MPa。 5．硬度 为保持熔模表面质量，模料应有足够的硬度， 以防表面损伤。模料硬度常以针入度表示，常 为4~6度（1度=10-1mm）
6．粘度和流动性 为便于脱模和模料回收，模料粘度不能太 大，在90℃附近的粘度应为3×10-3~3×102Pa.S 。为得到清晰的熔模，模料应具有良 好的流动性。
一、铸件结构的合理性 铸件结构是否合理，对于铸件质量、生产工 艺的可行性和简易性以及生产成本等影响很大， 根据生产实际，总结出铸件结构合理性的几条 基本原则。
1）．易于从压型中取模
合理
不合理
合理
不合理
2）．易于抽芯
合理
不合理
合理
不合理
3）．壁厚均匀，减少热节
合理
不合理
4）．避免大平面
合理
3．铸造斜度
为了便于取模，抽芯，在拔模面应设有铸造 斜度，铸造斜度的取值如下。 熔模铸件的铸造斜度
铸造斜度面高 h/mm 非加工面斜度 外表面 内表面
≤20 取值 >20-50 >50-100
>100
0º 20´ 0º 15´ 0º 10´
0º 10´
特种铸造之熔模铸造.
Foundry cup, Early fifth century BC
Late Cycladic (17th cent. BCE) gold ibex sculpture about 10cm long with lost wax cast feet and head
模料性能的优劣是由其配方决定的，因此各生产厂非 常重视模料配方的研究。
1.1.2 模料的配制和回收
1） 模料的配制 配制模料的目的是将组成模料的各种原材料混合成 均匀的一体，并使模料的状态符合压制熔模的要求。 配制时主要用加热的 方法使各种原材料熔化混 合成一体，而后在冷却情 况下，将模料剧烈搅拌， 使模料成为糊膏状态供压 制熔模用。有时也有将模 料熔化为液体直接浇注熔 模的情况。
19世纪末期，牙科用熔模铸造工艺，结合离心浇注技术生产牙科 铸件。20世纪初为生产出更粗密的牙科件，人们开始研究影响蜡模和 型壳尺寸稳定性的因素，以及一些金属和合金的凝固收缩性能，20世 纪30年代初调整了熔模使用的材料。从1900年到1940年这方面的专利 就多达400件以上。珠宝首饰行业也广泛采用熔模铸造技术。
2）模料的回收。 使用树脂基模料时，由于对熔模的质量要求高，大 多用新材料配制模料压制铸件的熔模。而脱模后回收 的模料，在重熔过滤后用来制作浇冒口系统的熔模。 使用蜡基模料时，脱模后所得的模料可以回收，再 用来制造新的熔模。可是在循环使用时，模料的性能 会变坏，脆性增大，灰分增多，流动性下降，收缩率 增加，颜色由白变褐，这些主要与模料中硬脂酸的变 质有关。因此，为了尽可能地恢复旧模料的原有性能， 就要从旧模料中除去皂盐，常用的方法有盐酸（硫酸） 处理法，活性白土处理法和电解回收法。
铸造工程-特种铸造
7.1 特种铸造的特点 7.2 熔模精密铸造 7.3 消失模铸造 7.4 金属型铸造 7.5 压力铸造 7.6 低压铸造 7.7 其他特种铸造方法
第7章 特种铸造
除了砂型铸造以外的所有铸造方法统称为特种铸造(Speci al Casting Process)方法。常用的特种铸造方法有熔模精 密铸造、石膏型精密铸造、陶瓷型精密铸造、消失模 铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、差压铸造、 真空吸铸、挤压铸造、离心铸造、连续铸造、半固态 铸造、壳型铸造、石墨型铸造、电渣熔铸等。特种铸 造方法已得到日益广泛的应用，其中有些方法，如近 终成形铸造（Net Shape Casting），近年来发展的速度 极快。
高岭石在加热过程中有一系列物理化学变化：脱水、分 解、化合、重结晶、晶体长大等过程，最后生成莫来 石相。这一系列物理化学反应使高岭石体积发生收缩 ，一般在2%~8%之间波动。因为高岭石生料所制型壳 在焙烧和浇注过程中会发生以上物理和化学反应，使 型壳体积不断发生变化，造成型壳开裂，强度大幅度 下降，无法生产出高精度的铸件来，因此，一般不使 用它作为型壳。
4）锆砂
锆砂又称硅酸锆，是天然存在的矿物材料，其分子式为Z rO2·SiO2或ZrSiO4。主要是酸性火成岩风化后，其母岩 中锆英石随石英、铝矾土、独居石、钛铁矿、金红石 、石榴石等冲至河床或海岸上形成的沉积矿床。由于 锆砂是一种未经深度加工的天然矿产材料，所以其化 学成分和纯度首先取决于矿源和选矿处理。
（3）高岭石类熟料
高岭石类熟料是将高岭石生料经高温煅烧，完成上述物 理化学反应，再经破碎而成的。其主要相组织为莫来 石和玻璃相或有少量的方石英。相组织与原材料中的A l2O3含量、锻烧工艺等有关。
高岭石熟料是一种性能良好、适用于熔模铸造型壳背层 的耐火材料，在国内外应用广泛。高岭石熟料耐火度 不小于1750℃，呈弱酸性，密度2.4~2.6g/cm3，热膨胀 系数5×10-6℃-1。
型壳的制备
用途
低合金钢、碳钢、铝合金、铜合金 Ni、Cr、Co基合金 型壳加固层 Ni、Cr、Co基合金
低合金钢、碳钢、铝合金、铜合金
（4）优良的抗急冷急热性和热化学稳定性 （3）结晶氯化铝硬化 （4）优良的抗急冷急热性和热化学稳定性 氨气散发干净后，再涂挂下一层涂料，使涂料能与已硬化的型壳层很好地结合
水玻璃粘结剂型壳硬化剂及硬化工艺： （1）NH4Cl溶液硬化
硬化剂的配制： 在60~80℃的热水中加入氯化铵（占水的质量分
数为33%），全部溶解后调整至质量分数为18%~20%， 温度控制在25~30℃
硬化工艺： 将涂有涂料并撒砂的模组先在空气中干燥一段时
间后，再浸入NH4Cl溶液中15~30min
在60~80℃的热水中加入氯化铵（占水的质量分数为33%），全部溶解后调整至质量分数为18%~20%，温度控制在25~30℃
小铸件型壳涂料层数一般为5~6层，大件型壳为6~9层 即将模组型壳浇口朝上浸入90~95℃热水槽中，熔失15~30min，使模料熔化并经朝上浇口溢出的过程
将涂有涂料并撒砂的模组先在空气中干燥一段时间后，再浸入NH4Cl溶液中15~30min （3）结晶氯化铝硬化 硬化、干燥时间为30~40min甚至几小时
（2）硬化后的干燥，除了使凝胶脱水外，同时还继续完成渗透硬化，使型壳具有足够的强度，能顺利地完成整个制壳过程 （4）优良的抗急冷急热性和热化学稳定性
雨淋式撒砂及流态化撒砂两种 将聚氯化铝溶解在水中，调整溶液密度为~3，pH值为~3即可使用
是用粉状耐火材料和粘结剂等配制成的悬浮液
图9-4 撒砂用的沸腾砂床 （1）硬化前的干燥主要是去除模组表面与涂料层之间的水分及提高涂料层中水玻璃的浓度，这样，可以减少型壳裂纹，改善型壳的表
耐火材料及型壳制备.
课题名称耐火材料及型壳制备课次授课日期授课班级授课地点教学目的与要求学习目标：1.了解不同型壳的特点。
2.掌握涂料的制备方法。
3.掌握制壳工艺各步骤的要领。
能力目标：能根据铸件特点正确型壳种类，配制符合要求的涂料，能根据特点制定型壳工艺。
素质目标：培养学生团队合作能力，具体问题具体分析的能力。
重点难点及解决方法重点：1.制壳工艺2.水玻璃粘结剂难点：1. 型壳的焙烧教学设计（方法、教具、手段、内容）方法：讲授教具：模料样品模组手段：多媒体内容：一、型壳的选择1.常用熔模铸造型壳2.型壳选择依据二、耐火涂料的配制1.耐火涂料的工艺性能与控制2. 水玻璃粘结剂三、制壳工艺1. 准备工作2.工序3.涂挂涂料4.撒砂5.干燥6.硬化7.脱模8.型壳的焙烧课外作业阅读相关章节，浏览精品课程网站授课内容耐火材料及型壳制备一、型壳的选择1. 常用熔模铸造型壳2.型壳选择依据二、耐火涂料的配制1.耐火涂料的工艺性能与控制2.水玻璃粘结剂三、制壳工艺1. 准备工作2. 工序3.涂挂涂料4.撒砂5.干燥6.硬化7.脱模8.型壳的焙烧10min 5min10min 10min10min 5min 10min 10min 10min 10min 5min 5min授课内容备注一、型壳的选择1. 常用熔模铸造型壳A 水玻璃型壳价格低廉、型壳耐火度低，表面不够光洁，尺寸精度低，脱蜡时容易酥烂，硬化时污染环境B 硅溶胶型壳硅溶胶价格适中，型壳服役性能好，制壳时不放出有害物质，处理和配制工艺简单，造型时间长。
C 硅酸乙酯型壳耐火度高，强度大，铸件尺寸精度和表面粗糙度都好，但价格昂贵，配好后保质期短。
D 复合型壳面层和背层用两种涂料，可以兼顾两者的优点。
2.型壳选择依据主要根据产品的精度和工艺要求来选择，在能够满足工艺要求的前提下，尽量选择成本低的型壳，选择是应注意粘结剂和耐火材料的配比。
二、耐火涂料的配制1.耐火涂料的工艺性能与控制耐火涂料是用粉状耐火材料和粘结剂按比例组成的悬浮液。
熔模铸造涂料工艺性能的控制
熔模铸造涂料工艺性能的控制一、前言“制壳”是熔模铸造生产中最重要的工序之一。
精铸件的废品与返修品中有60-80%是因型壳质量不良而造成。
型壳质量除受原辅材料（粘结剂、硬化剂及耐火砂粉料）、制壳生产环境（温度、湿度等）和操作者技术水平影响外，其主要的决定性因素是“涂料工艺性能”的优劣。
上述诸多因素直接与型壳强度、高温抗变形能力、透气性、热膨胀率、热化学稳定性等有关。
实践证明，精铸件上许多表面缺陷（毛刺、麻点、结疤、披锋、流纹、气孔分层夹砂等）和型壳的质量事故（穿钢、漏壳、变形、开裂等）常因上述因素产生，其中最重要又薄弱的环节是制壳生产中对涂料工艺性能检测和控制的缺失。
目前国内无论是已有近60年生产生产历史的水玻璃型壳或从国外引进已20年的硅溶胶型壳的企业，生产中绝大多数仍只限于用一个“流杯粘度计”来控制涂料质量。
虽然早在1985年，我国精铸业已颁布了“熔模铸造涂料试验方法”（JB4007-85）行业标准，但至今未能全面贯彻和执行，无疑这正是我国精铸件质量不稳定，返修率、废品率高，一次合格率低，质量事故频繁的重要原因之一。
国外精铸十分重视“涂料质量”的管理[1][2,]日本、美国等早就对硅溶胶涂料工艺性能进行有效的管理和控制。
我国精铸界同仁应认真学习，迎头赶上。
我国目前主要有两种精铸制壳工艺，即水玻璃和硅溶胶涂料。
其工艺性能指标虽然不同但控制和管理方法基本相同。
涂料工艺性能的稳定是精铸件质量稳定的必要条件。
二、涂料工艺性能的内容及定义1、流动性—涂料在蜡模（组）表面流动能力的大小及其流平性和流淌性的高低。
2、覆盖性—涂料在蜡模（组）表面覆盖能力的大小（润湿性或涂挂性能的高低）及在一定流淌时间内，涂料层平均厚度值的大小。
3、致密性—在一定覆盖性和流动性前提下，涂料内部致密程度的高低（粉料的体积浓度）。
4、稳定性—涂料中的粘结剂“胶凝”（老化）程度的高低和速度的快慢（涂料的使用寿命长短）。
5、均匀性—涂料层的均匀及洁净程度。
（精选）纯钛铸造资料
随着社会的进步口腔科用于制作义齿的材料也越来越多有金属、塑料、复合树脂、陶瓷等等。
其中用于制作义齿的金属材料主要有钴铬合金、镍铬合金、金合金近年来又出现了纯钛和钛合金。
金合金很适合制作义齿但是它的价格昂贵难以广泛应用。
钴铬、镍铬合金虽然价格较低廉但因含有Ni、Cr、Co等对人体有害的元素故不是制作义齿的理想材料。
金属钛有着极佳的生物相容性、比强度高、对X射线呈半阻射很适宜制作口腔修复体。
所以发达国家从上世纪80年代就开始了钛制修复体的研究无论是钛制义齿的加工工艺还是与之相配套的器材、设备都取得了可喜的成绩。
我国的钛资源居于世界首位为口腔科钛制义齿的广泛开展提供了极为有利的条件。
目前国际上最普遍的钛制义齿加工工艺仍然是用精密铸造的方法可将钛制成各类可摘义齿的支架、固定义齿的冠桥及烤瓷修复的基底冠。
但是熔融状态下钛与氧、氮、氢等单质、氧化物、氯化物、氟化物等均能发生强烈的反应致使铸钛包埋料铸型材料的选用非常困难。
尽管日本通过多年的研究推出了Titanium-vest、Titanium-vest-DOhara Co.Selevest-DM、Selevest-Dセレック美国有Tycast MoldPentron Co.德国有TancovestBego Co.Rematitan plusDentaurum Co.等商品化的产品虽都有各自的优势但也存在着各自的缺点诸如污染层过厚、铸件精度不足等。
理论上与熔融钛呈钝性的氧化物在焙烧温度下形变量都不大无法完全补偿钛铸造过程的冷凝收缩而在焙烧温度下发生晶型转变体积改变较大的材料能够补偿纯钛的铸造收缩但是易跟熔融钛发生反应生成较厚的污染层影响钛制修复体的物理机械性能。
目前既能解决钛制修复体的精度又能减少污染的铸钛包埋材料尚未见报道因此关于钛铸造包埋料的研发工作仍是一个热点。
此外目前几种性能较好的商品化铸钛包埋料的价格昂贵厂家的说明书上还要求使用本厂配套的铸造系统铸钛机、钛材这又在一定程度上增加了钛制修复体的成本最终使钛制修复体的价格与使用贵金属材料制作的价格不相上下。
优选制壳用耐火材料及粘结剂型壳介绍
二、铝硅系耐火材料简介
该体系有下列材料可做耐火材料：
石英 刚玉 高岭土 莫来石 铝矾土
SiO2 Al2O3 Al2O3 • 2SiO2 3Al2O3 • 2SiO2 Al2O3>48%
请看图左方的石英
三、石英（SiO2晶体）又称硅砂 有七种晶体 β石英 α石英 γ鳞石英 β鳞石英 α鳞石英 β方石英 α方石英
胶粒结构
二氧化硅粒子表面的扩散双电层及电位
1.指标
} ① SiO2% 反映胶体SiO2含量的多少，即粘结力的强弱
② 密度
密度g/cm3 含w（SiO2） 1.16 25% 1.21 30% 1.27 35%
} ③Na2O% 两者都影响硅溶胶稳定性
④pH
⑤运动粘度 反映硅溶胶的粘稠程度 影响涂料的粉液比及型壳表面粗糙度及强度
⑥胶体粒径 胶体粒子直径影响其稳定性及型壳强度 粒子越小稳定性较差，但型壳强度高
Al2O3•2SiO2→Al2O3+2SiO2 3Al2O3+2SiO2→3Al2O3•2SiO2 SiO2（无定形）→SiO2（方石英或玻璃相）
生铝矾土
生铝矾土在加热过程中有很多化学、 物理变化,故不用。
生铝矾土为水泥(灰)色,熟铝矾土 为淡黄色,容易加以区分。
熟铝矾土
● 熔点 ﹥1700℃ ● 弱酸性，热化学稳定性较好 ● 较小（5.4×10-6/℃）而均匀的热膨
胀系数 应用：背层制壳耐火材料
八、锆石（锆英）ZrO2·SiO2或ZrSiO4 是非铝硅材料 其相图
锆石ZrO2•SiO2或ZrSiO4
● 熔点 ＞1948℃ ● 弱酸性，热化学稳定性较好 ● 较小（4.6×10-6/℃ ）而均匀的热膨胀 系数 是一种性能较好的制壳耐火材料 应用：高精度（除高合金钢外）件面层
熔模精密铸造型壳耐火材料的合理选择..
熔模精密铸造型壳耐火材料的合理选择一．前言制壳是精铸四大生产工序中对精铸质量影响最大的工序，其次才是焙炼浇注后处理及制蜡模。
统计表明精铸件中有60～70℅的返修品或废品是由型壳质量不良而造成的。
例如铸件表面缺陷常见的有：飞翅（披锋）、流纹、毛刺、铁豆和局部穿钢、气孔、针孔、分层、落砂、鼓胀或凹陷、变形、开裂…。
这些缺陷大部分是因型壳表面有裂纹，蚁孔，气泡，局部涂料堆积干燥（硬化）不透或型壳退性，透气性差，焙烧不透，高温吸气等因素产生的。
影响型壳质量的主要因素有：1．制壳原辅材料：包括耐火材料、粘结剂、硬化剂等2．制壳生产环境：包括温度、湿度、风速、风量等3．制壳操作水平：工人操作技术高低、生产经验等4．涂料的质量控制及制壳工艺的合理制定：涂料工艺性能的控制和调整及浇注系统，制壳工艺方法确定。
其中型壳“耐火材料”的合理选用是保证型壳质量的关键因素之一。
正确选用型壳的砂、粉料的基本原则是：高性价比。
目前我国精铸件质量稳定性差、返修率、废品率居高不下。
其中重要原因之一是：盲目选择质量低劣、价格低廉的耐火砂、粉料制壳。
其目的是“节约成本”结果往往适得其反。
不仅由于型壳质量波动造成精铸返修率，废品率上升，而且使后处理工序工时、生产成本大增。
铸件补焊、打磨、抛丸、多次返覆，费工、费料、费时。
其综合成本远超过型壳耐火材料“节约”的差价，得不偿失。
不仅严重影响铸件表面质量和交货期，还使企业信誉受损。
这是我国精铸企业普遍存在的现状。
特别是在国内已有60年生产历史的水玻璃型壳生产企业这一问题更为突出。
二、精铸型壳用耐火材料类别及性能：1、表面层型壳用耐火砂、粉料——主要有：锆英石、电熔白刚玉、熔融石英、精制石英。
少数工厂用优质、低FeO%含量的高岭石砂粉料。
2、背层用铝硅系耐火料类别——{ 石英玻璃{ 透明 { （SiO2≥99.96%）>1713℃ { { 水晶石----石英(SiO2 ≥98%)---------熔融石英--------{| (熔融) { 不透明----(优质石英砂制)SiO2≥99% |||| { 软质粘土--耐火粘土(生料)----------生料或轻烧料(800-900℃) | { (Al2O3=25-32%)铝|----粘土质耐火料----{ { 高岭石(高岭石含量≥95%) | （Al2O325-48%） { { 煤矸石硅| 耐火度t>1580℃) { 硬质粘土—高岭石(熟料)----------{ 焦宝石| { (Al2O332-48%)(1250-1350℃煅烧) { 上店土系| { 莫来卡特(MOLOCHITE英国) | { 雷马斯(REMASIL美国)耐||火|| { 特等------Al2O3:>90%(刚玉质)料| { 一等------Al2O3:80-90%(刚玉-莫来石质)|----高铝质耐火料-----{ 二等甲----Al2O3:70-80%(莫来石-刚玉质)| (铝矾土熟料) { 二等乙----Al2O3:60-70%(莫来石质)| { 三等------Al2O3:48-60%(低莫来石质)| (Al2O345-90%)| (1500-1750℃煅烧)|||---------电熔刚玉(Al2O3≥98.5%)----棕刚玉（Al2O3≥95℃）(白刚玉)(2000-2400℃熔融)3、精铸常用耐火料性能汇总表一项目名单称位锆英石石英石熔融石英耐火粘土高岭石铝矾土电熔刚玉分子式ZrO2·SiO2(ZrSiO4)SiO2SiO2Al2O3·2SiO2·2H20Al2O3·2SiO2·2H20Al2O3·H20α-Al2O3熔点℃2350 1713 17131670-17101750-17871800 2030-2050 耐火度℃>2000 1680 1700 >15801700-1900≥1770 2000膨胀系数X10-7(1/℃)(0-1200℃)46 123 5 50 50-80 86真实密度g/cm3 4.5-4.9 2.6 2.02-2.182.62.62-2.653.1-3.54.0硬度莫氏7-8 7 6-7 1-2 -5 -5 9传热系数w/m2-k2.094(2000℃)0.558(1500-1400℃)1.549(1200℃)5.276(1200℃)化学性质弱酸性酸性酸性酸性弱酸性弱酸性酸性主要化学成分% ZrO265-66SiO2≥98SiO2≥99Al2O325-32Al2O335-48Al2O348-90Al2O3≥98.5杂质Fe2O3 % ≤0.1 ≤0.1≤0.051.0-4.0 0.6-1.2 1-2 ≤0.1三．型壳耐火材料的技术要求1．制壳用耐火材料种类并不多。
熔模铸造用制壳耐火材料介绍
第一章、制壳耐火材料一、概述熔模铸造型壳是由粘接剂、耐火材料及附加物组成的。
其中耐火材料占总比重的90%以上，对型壳性能影响很大。
制壳耐火材料应使型壳有足够的常温强度和高温强度，在高温下不发生变形；有良好的透气性、热震稳定性、热化学稳定性、脱壳性等性能。
为此，制壳用耐火材料必须有足够的耐火度、热化学稳定性、小而均匀的热膨胀系数、合适的粒度，并要有利于涂料性能的稳定。
此外，作为制壳材料还应对人体健康无害、货源充足和质量稳定。
用于熔模铸造的耐火材料种类很多，按用途大致可分为：型壳面层用耐火材料、型壳加固层用耐火材料、陶瓷型芯用耐火材料及炉衬用耐火材料等四种类型。
用于型壳加固层材料的有：莫来石、铝矾土及其他铝硅系耐火材料（如耐火粘土、匣钵砂、煤矸石等）；以及（英国）莫洛卡特（Molochite）等耐火熟料。
近年来还应用氧化钙等作为制壳用耐火材料。
在一定的温度范围内，有些耐火材料的热膨胀比较均匀（如刚玉、氧化镁）而另有些耐火材料的热膨胀则不均匀（如石英）。
耐火材料在高温下应具有良好的热化学稳定性，以保证铸件表面质量。
常用耐火材料的物理、化学性能见下表所示：另外，制壳用耐火材料还应具有合理的粒度组成，它直接影响型壳的致密度、强度和透气性。
二、石英石英砂（粉）可分为天然的和人造的两种。
前者是堆积在河岸或沙丘上的天然石英砂（粉）；后者是将石英岩经机械粉碎、筛选和分级而成的，纯度较高。
熔模铸造通常采用的是人造石英砂（粉）。
熔模铸造用石英粉应有粗有细，粗细相镶，分散分布，最好为双峰分布。
石粉厂已配制出人工级配粉供精铸厂使用，以稳定粉料质量。
讲解老标准目数概念颗粒目数的定义：所谓目数，是指物料的粒度或粗细度，一般定义是指在1英寸长度内有多少个网孔数，即筛网的网孔数，物料能通过该网孔即定义为多少目数：目数越大，说明物料粒度越细，目数越小，说明物料粒度越大。
一般筛网网线宽度占35%，网孔宽度占65%。
在自然界中出现的石英大多是低温型的，且主要是以β石英存在。
制壳用耐火材料及粘结剂型壳介绍1-4教材
二、硅酸胶体的几种形式
溶胶
冻胶
凝胶
从溶胶转变为冻胶、凝胶的过程称胶凝 过程。
制壳就是粘结剂从溶胶转变为冻胶和凝 胶的胶凝过程，是一个复杂的物理、化学变 化的过程。
三、胶体结构 胶粒结构
二氧化硅粒子表面的扩散双电层及电位
胶粒是在0~100nm的颗粒，1nm=10-6mm， 物质在这种粒度时，就具有很多特性，有粘结作 用。
撒砂
复 多
次
干燥
●清洗蜡模
去除蜡模上的油污 将蜡模放在清洗剂中清洗 现用环保的ZF-301清洗剂代替了有 机清洗剂：三氯乙烷、乙醇、 丁酮等
●上涂料
要各处上到才能形成表面光洁， 强度合格的型壳．
尤其是面层，对有文字、凹槽、直 角处要特别注意，除浸涂涂料外，必要 是可以用笔刷涂料，或用压缩空气微微 的吹局部重要处，防止气泡等。
层数 参数
涂料种类
撒砂（目）
温度(℃) 湿度(%) 风速(m/s) 干燥时间(h) 预湿剂
面层
二层
背层 封浆
面层 涂料
过渡层 涂料
背层 涂料
背层 涂料
100/120 锆砂
30/60
锆砂/高岭土 砂
16/30高 岭土砂
22～26
60～70
40～60
--
6～8
4～6
＞8
＞ 12
浸预湿剂
--
说明 ●涂料用三种:
消泡剂作用是使气泡表面膜被拉伸变薄 而使气泡破灭
3.涂料配方
面层涂料 过渡层涂料 背层涂料
硅溶胶/kg 10
10
10
锆英粉/kg 36～40
高岭土/kg
16～17 14～15
润湿剂/mL 16
熔模精密铸造过程疑难问题解答
熔模精密铸造过程疑难问题解答熔模精密铸造过程疑难问题解答前言三百六十行，行行出人才。
各行各业都有自己的特长。
各从业人员必须熟练地掌握本行业、本岗位的职业技能，具备一定的包括职业技能在内的职业素质，才能胜任工作，把工作做好，为本行业做出应有的贡献，实现自己的人生价值。
熔模铸造业是技术密集型的行业。
本行业对其职工职业素质的要求比较高。
在科学技术迅速发展的今天，更是这样。
精铸业的职工队伍中，大部分是技术员工。
他们是企业的主力军，是振兴和发展本企业的技术力量。
技术人员素质如何，直接关系到本企业的生存和发展。
在市场经济条件下，企业之间的竞争，是质量之竞争；价格之竞争；也是技术之竞争；归根结底是人才的竞争。
优秀的技术员工是企业各类人才中重要的组成部分。
企业必须有这样一支高素质的技术工人队伍，有这样一批技术过硬、技艺精湛的能工巧匠，才能保证产品质量，提高生产效率，降低物料消耗，使企业获得经济效益；才能支持企业不断生产出高难度的产品，去发掘市场、占领市场；才能在激烈的市场竞争中立于不败之地！由于本人水平有限，加之时间仓促，难免存在不足和错误，诚恳希望专家，工程师和同仁批评指正。
吴光来第一章熔模铸件工艺设计与模具设计§1、熔模铸件工艺设计1.1、熔模铸件的尺寸精度受到哪些因素的影响？答：铸件尺寸精度受铸件结构、材质、制模、制壳、焙烧、浇注等多种因素的影响。
1)、铸件结构的影响：（1）、铸件壁厚，收缩率大；铸件壁薄，收缩率小；（2）、自由收缩率大，阻碍收缩率小。
2）、材质的影响：（1）、材料中含碳量越高，线收缩率越小，含碳量越低，线收缩率越大；（2）常见材质的铸造收缩率如下：铸造收缩率K＝（LM-LJ）/LJ×100%LM—型腔尺寸；LJ—铸件尺寸K受以下因素的影响：蜡模K1、铸件结构K2、合金种类K3、浇注温度K4。
合金种类收缩率自由收缩受阻收缩铸铁件 0.8% 0.7%碳钢及低合金钢 1.6－2.0% 1.3－1.7%不锈钢 2.0－2.3% 1.7－2.0%3)、制模对铸件线收缩率的影响：（1）蜡（模）料的线收缩率约为0.9－1.1%；（2）蜡模径向（受阻）收缩率仅为长度方向（自由）收缩率的30－40%，射蜡温度对自由收缩率的影响远远大于对受阻收缩率的影响。
第一章.熔模铸造
目前常用的铝硅系耐火材料有以下几种： 1）粘土质耐火材料 是指Al2O3的质量分数约30％一46％，矿物组成以 高岭石为主的耐火粘土，其分子式为 Al2O3·2SiO2·2H2O。分为生料（软质粘土） 和熟 料（硬质粘土）,主要用于加固层涂料。
2）铝矾土（ Al2O3含量在45～80％ ）
高岭石及含水氧化铝（水铝石αAl2O3·H2O、波 美石γAl2O3·H2O，三水铝石Al2O3·3H2O等）。 3）莫来石质耐火材料（ Al2O3含量在67～72％ ） Al2O3含量在67～72％ 。
1、对粘结剂性能的要求 应能将粉状和粒状耐火材料牢固地粘结在一起。使 型壳具有足够高的强度； 应具有良好的耐热性，以保证型壳在高温焙烧、浇 注以及铸件凝固过程中具有足够的高温强度， 粘结剂最终生成的耐高温氧化物，在高温下应具有 良好的化学稳定性。 应能很好润湿熔模，与模料不起化学反应，保证准 确复制出熔模轮廓，使型壳内表面光滑； 具有适当的粘度，保证制壳过程中有良好的涂挂性 和渗透性。
α鳞石英应在1470℃时转变为α方石英，但若快 速加热，α鳞石英将过热而在1670℃熔化为熔体 (DD‘)。
正常条件下，α鳞石英不变为α石英。 在高低温转变中，方石英之间的体积变化最为剧烈， 其次是石英，鳞石英变化最微弱。 熔体(熔融石英)经急冷后得到石英玻璃。
（2）熔模铸造用硅砂牌号：
硅砂适用于碳钢、低合金钢、铸铁及铜合余铸件 不适用于高锰钢及高合金钢铸件。
2）浓度
水玻璃的浓度实际指的是其中硅酸钠的含量，一般用 密度来间接表示。
一般用密度表示：
低密度：粘度低，可配制粉液比高的涂料，型壳工作 表面的致密，但制的的型壳强度低，一般只用在制 面层涂料，常取ρ＝1.25～1.27g/cm3。
复杂镁合金精密铸件的熔模铸造工艺探讨
复杂镁合金精密铸件的熔模铸造工艺探讨摘要：采取熔模型壳铸造WE54镁合金，分析复杂精密铸件成形过程。
经重力浇筑成形得知，铸件充型流动性很差，且有明显的冷隔、流纹以及缩陷问题；采取低压浇铸后，铸件问题得以消除，铸件外表光洁，轮廓清楚，大小精度提升。
关键词：镁合金铸件；熔模型壳；重力；低压镁合金铸件于航空航天、汽车以及电子通讯等行业得到普遍使用，其中石膏型熔模铸造方法简单，复制性好，而且保温性较好，可以成形出内外结构非常繁琐、壁厚较小的零件。
但是，因为镁合金的密度与比热容小，铸造时冷却迅速，极易产生冷隔等问题，制约了镁合金用于航空航天以及国防等领域。
低压浇铸可以在低压作用下顺利底注充型、结晶，已经是关键的接近成型方法模拟。
1、熔模铸造流程、特征及运用相较于与其他铸造手段及零件成形方式,熔棱铸造具备如下特征:应用易熔模,无需开箱启模:选择液体涂料制壳，形壳可以有效复制熔模;热壳铸造，金属液可以有效复制型壳。
所以，熔模铸造出的铸件规格精度能达到CT4~CT6级，压制熔模时，选择型腔表面干净的压型,所以,熔模外表光洁度也很高。
另外,型壳通过耐高温的特别粘结剂与耐火材料加工成的耐火涂料涂挂于熔模上而形成,和熔融金属相接触的型腔内壁粗糙度能达到Ra=0.8 μm~3.2 μm;能够铸造形状非常繁琐的铸件,尤其是能够精密加工高温合金铸件,像喷气式学发动机叶片，它的流线型外廓和冷却用内腔采取机械制造工艺基本不能形成，采取熔模精密铸造既能够实现批量生产，保障铸件的统一性,并防止机械制造后残留刀纹聚集应力;铸件壁厚与最小铸出孔能达到0.5 mm,大小有几毫米甚至上千毫米，质量有1 g~1000kg的零件;加工灵活度高，适应性好，适用于单件、小批量及大批量加工。
因为熔模铸件具有较高的尺寸精度与表层光洁度，能够削减机械生产工作，尽在铸件要求很高的位置留一些生产余量就行，甚至有些零件仅留打磨、抛光余量，无法机械加工就能应用。
链篦机用零件的熔模铸造工艺
／ ＿ － ＇ ｔ
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／ 量参
一一 ， ＝
＝ ： ； ，’ 。
性， 并 在 高温 状 态 下浇 注 ， 有 利 于复 杂 型 腔成 型 ， 避
免冷 隔 。
７ 一 石 英 玻 珥
１ 一石 荚 ２ 一 镁砂 ３ 一刚 玉 ４ 一 硅线石 ５ 一 耐火熟料 ６ 一销美 石
名 称 面 浆 粘 度 二 ～ 四 层 浆 五 、 六 层 浆 封 浆 粘 度
（ ｓ ） 卡 块 ４ ０ ￣ ４ ５ 粘度 （ ｓ ） ２ ０ ～ ２ ５ 粘 度（ ｓ ） １ ８ ￣ ２ ２ （ ｓ ） １ ５ ～ ｌ ８
∞ 柏 卸 蚰 ∞ ∞ 如 ∞ 加 ∞ ∞
出 炉温 度 １ ５ ８ ０ — １ ６ ｏ ｏ ｃ ｃ
ｌ ６ ０ ０ ～ １ ６ ２ ０ ｏ Ｃ
浇 注 温 度 １ ５ ４ ０ — １ ５ ６ ０ ｏ Ｃ
ｌ ５ ３ ０ ～ １ ５ ５ ０ ℃
经 任何 处 理直 接用 来 配制 涂 料 ， 操 作 简便 ， 因Ｓ ｉ Ｏ 含 量高 ， 干 燥 过程 中水 分蒸 发 ， 慢 慢转 变 成 干凝 胶 ， 粒
左 右 侧 板
链 节 篦 板
４ ５ ～ ５ ０
５ ０ ～ ５ ５ ５ ５ ￣ ６ ０
２ ０ ～ ２ ５
２ ５ ￣ ３ ０ ２ ５ ～ ３ ０
２ ０ ￣ ２ ５
２ ５ ～ ３ ０ ２ ５ － ３ ０
１ ５ ￣ ２ ０
１ ８ ～ ２ ５ １ ８ ￣ ２ ５
对 比
胀率％
、
脱蜡 采 用蒸 汽 法 ，在 高 压 高温 蒸 汽 条 件下 ， 使
型壳
• 四、石英玻璃 •1.熔点1713℃ •用优质硅砂在碳极电阻炉或电弧炉中熔融， •冷却后制成的，为一种非晶型二氧化硅熔体。 •2. •2.酸性 •3.热膨胀系数小 0.5×10-6/ ℃ •是一种优良的耐火材料 应用：
1.用在高精度碳钢、低合金钢、铝合 金的面层 2.陶瓷型芯的基体材料。
• • • • • •
• 三、胶体结构
• 5
• 胶凝过程是胶粒合并的过程 胶粒合并： 动力——分子运动、颗粒碰撞合并 —— 阻力——胶粒都带负电，同电相斥
• 四、影响胶凝的因素 • 1.电介质
• 2.PH值 • 3.浓度 • 4.温度
• 制壳过程可利用上列四个影响胶凝的因素 来加速胶凝制壳过程进行。
§3 硅溶胶及其型壳
八、锆英（石） ZrO2·SiO2或ZrSiO4
• • • • •
1.耐火度＞2000 ℃ 2.弱酸性 3.热膨胀系数较小 4.6 ×10-6/ ℃ 是一种优质的制壳耐火材料 应用：高精度的除高合金钢外的其他合金 件、型壳面层
• • • •
九、钛合金熔模铸造用耐火材料 人造石墨 浇注时温度不宜太高，为400℃左右。 熔模铸造中用热解碳陶瓷型壳，适用于小 型钛合金件。 • 钨粉 • 用钨粉涂料作面层的熔模铸造型壳有好的 热稳定性。型壳重量大、成本高，易使铸 件产生冷隔。
五、刚玉 1.熔点：2030-2050 ℃ 2.中性 3.热膨胀系数较小8.5 ×10-6/ ℃ 是一种优质的耐火材料 应用：高精度的高合金钢、镁合金的面层
• 六、高岭土 • 1.高岭土生料Al2O3·2SiO2·2H2O （1）耐火度1700-1790℃ （2）弱酸性 （3）较大的热膨胀系数，有相变和化 学反应
• 硅酸乙酯的水解工艺 • 一次水解法 • 把水和酸倒入溶剂中（酸的倒入次序为盐 酸、醋酸、硫酸），搅拌1－2分钟。然后 在不断搅拌的条件下将硅酸乙酯慢慢注入 这样的混合液中。 • 水解液在使用前必须在室温下密封保存一 段时间。
耐火材料常用的结合剂种类及性能应用说明
耐火材料常用的结合剂种类及性能应用说明铝酸钙水泥（1）铝酸钙水泥的矿物铝酸钙水泥中的主要矿物为铝酸一钙CA、二铝酸一钙CA₂、七铝酸十二钙Cl₂A₇和钙长石C₂AS。
烧制纯铝酸钙水泥时，矿物成分的变化如图1所示。
从图1可知：CA是纯铝酸钙水泥的主要矿物。
但是，纯铝酸钙水泥中还可能含有少量CA₂和C₁₂A7。
一般认为：CA具有很高的水硬活性，其特点是凝结正常、硬化迅速，为水泥强度的主要来源。
CA含量较高的水泥强度增进主要在早期，后期强度发展不显著。
CA₂水化、硬化较慢，早期强度低，但后期强度增进高。
CA₂含量过高时，水泥的快硬性能将受到影响。
C₁₂A7中的铝和钙的配位极不规则，其晶体结构中有大量孔腔，水化和凝结极快，强度不及CA高。
含有大量C₁₂A7时，水泥会出现快凝、强度降低和耐热性下降等现象。
但如果控制得当一些水泥中少量含有的C l₂A7,反倒可以起加速凝结和提高早期强度的作用。
一般情况下，钙长石C₂AS没有水硬性。
但是，如能设法使高铝水泥中的SiO₂形成CaO-Al₂O₃-S iO2玻璃，高铝水泥中的SiO₂就可能参与水化，高铝水泥的性能也就可能进一步提高。
（2）铝酸钙水泥的水化铝酸钙水泥遇水之后将发生水化。
水化、凝结、硬化和产生强度的过程如图2所示。
图2 铝酸钙水泥水化、凝结和硬化过程示意图从图2可知：遇水后，水泥矿物溶解水，溶液中Ca₂+和Al(OH)₄-等离子的浓度增高，电导率快速上升。
随后，离子浓度达到饱和，液相离子浓度不再増加，水化物结晶相缓慢地形成，水泥浆体逐步丧失流动能力。
第ID 阶段，水化反应大量进行，水泥浆体的温度和结合水含量增高，离子浓度降低，浆体开始硬化并产生强度。
铝酸钙水泥强度的来源主要是各种水化铝酸钙CχAHy和铝胶AH₃。
（3）铝酸钙水泥水化物的转变温度变化时，铝酸钙水泥水化产物的转变关系见表1.表1 不同温度下铝酸钙的水化产物从表1可知：CAH10、C₂AH₈都是介稳矿物。
1.5型壳制造
胶体（colloid）是一种分散相粒径很小的分散体系，分散相 粒子的重力可以忽略，粒子之间的相互作用主要是短程 作用力。
溶胶（Sol）是具有液体特征的胶体体系，分散的粒子是固 体或者大分子，分散的粒子大小在1～1000nm之间。 凝胶（Gel）是具有固体特征的胶体体系，被分散的物质形 成连续的网状骨架，骨架空隙中充有液体或气体，凝胶 中分散相的含量很低，一般在1％～3％之间。
铝矾土煅烧过程中的物理化学变化
煅烧铝矾土熟料 的相组成为刚玉、 莫来石和玻璃相。
各级铝矾土煅烧后的矿物组成
性能特点：
（1）耐火度约1800℃
（2）弱酸性 （3）热膨胀系数较小6～8×10-6/℃ （4）高温下化学稳定性良好
应用
生料在加工过程中有一系列物理化学变化，体 积变化大，因此不能作为制壳耐火材料，只有熟 料被用来作为背层制壳耐火材料。
Al2O3-SiO2二元相图
6、莫来石 莫来石亦称高铝红柱石。自然界中天然的莫来石比较 罕见,主要产于苏格兰莫尔岛上。莫来石通常是人工制得 的。 莫来石分子式：3Al2O3·2SiO2。 莫来石是具有岛状结构的硅酸盐，是SiO2- Al2O3系中 唯一的稳定化合物。 理论组成(质量分数)：Al2O371.8%， SiO228.2%
a）单元晶胞
b）晶型结构
c）[Al2O3]八面体间结合情况
α-
Al2O3晶体结构图
天然γ-Al2O3很少有，人造γ-Al2O3是由三水铝 矿（Al2O3 3H2O）加热至500～900℃脱水而成，称 为工业氧化铝；继续加热至950～1200℃，则由脱 水γ-Al2O3转变为α-Al2O3，此即为人造刚玉。 电熔刚玉
应用
锆砂作为面层材料具有细化晶粒的作用，常用
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生铝矾土
生铝矾土在加热过程中有很多化学、 物理变化,故不用。
生铝矾土为水泥(灰)色,熟铝矾土 为淡黄色,容易加以区分。
熟铝矾土
● 熔点 ﹥1700℃ ● 弱酸性，热化学稳定性较好 ● 较小（5.4×10-6/℃）而均匀的热膨
二、铝硅系耐火材料简介
该体系有下列材料可做耐火材料：
石英 刚玉 高岭土 莫来石 铝矾土
SiO2 Al2O3 Al2O3 • 2SiO2 3Al2O3 • 2SiO2 Al2O3>48%
请看图左方的石英
三、石英（SiO2晶体）又称硅砂 有七种晶体 β石英 α石英 γ鳞石英 β鳞石英 α鳞石英 β方石英 α方石英
四、胶凝过程
胶粒合并，则导致胶凝。 阻碍胶粒合并的因素：胶粒间带同性电， 同性相斥。 胶粒合并的动力：分子运动，合并后总 表面积减少，表面自由能下降。
五、影响胶凝的因素
1.电介质 影响胶粒结构 影响胶粒带电量
影响胶凝的因素
1.电介质
胶
2.pH值
凝
影响胶粒的结构 时
影响胶粒的带电量 间
pH
影响胶凝的因素
a)
b)
c)
三种晶型硅氧四面体的结合方式
a) α方石英
b) α鳞石英 c) β石英
同种晶体转变时能量要得小,故容易进 行转变,如:
β石英 573℃ α石英
不同晶体间转变需能量要多,故较难进行. 自然界的石英为β石英。
石英
●熔点1713℃ ●酸性，热化学稳定性差 ●大（12.5×10-6/℃）而不均匀的
法拉特精密铸造有限公司
制壳耐火材料培训资料
主讲：王 东 2014-4-6
耐火材料的基本要求、认识
面层型壳直接接触金属液,影响型壳致密性铸 件表面质量，背层型壳则影响型壳强度，即影响 铸件的尺寸精度
1. 有足够的耐火度 2. 好的热化学稳定性 3. 均匀且不大的热膨胀系数 4. 合适的粒度 5. 价廉、无毒
热膨胀系数 不是一种性能好的制壳材料
应用：精度不高的铸件上
四、石英玻璃（SiO2非晶体）
● 熔点1713℃ ● 酸性、热化学稳定性差 ● 小(0.5×10-6/℃)而均匀的热膨胀系数
是一种性能较好的制壳材料
应用：高精度铸件型壳、陶瓷型芯上
请看图右方的刚玉
五、刚玉（Al2O3）
● 熔点2050℃ ● 中性、热化学稳定性好 ● 较小（8.6×10-6/℃）而均匀的热膨胀
胶粒结构
二氧化硅粒子表面的扩散双电层及电位
1.指标
} ① SiO2% 反映胶体SiO2含量的多少，即粘结力的强弱
5.0
背层
铝矾土 (熟）
＞ 1700
弱酸性
5.4
背层
九、锆石代用问题：
目前锆石粉砂的价格飚升，已高于 刚玉粉砂和熔融石英砂粉，能否用刚玉 粉砂代替锆石粉砂呢？能
国际上已经开展锆英的代用工作，如美 国刚玉全部或部分的代用锆英；
国内已用刚玉代替锆英。
代用时应注意代用材料的化学成 分和纯度，代用材料的粒度，以保证 不产生化学粘砂和机械粘砂。
铝矾土是指 Al2O3 > 48%的铝硅系化合物, 化学成分变化范围大
七、铝钒土(Al2O3﹥48%）
分生、熟两种。 生料是由高岭土和水铝石组成，加热时会发生
一系列化学反应： 水铝石 Al2O3·3H2O→Al2O3+3H2O 高岭土 Al2O3•2SiO2•2H2O→Al2O3•2SiO2+2H2O
熟高岭土
● 熔点 1700～1790℃ ● 弱酸性，热化学稳定性较好 ● 较小（5.0×10-6/℃）而均匀的热膨胀
系数
是一种性能较好的背层制壳耐火材料
应用：背层制壳耐火材料
生高岭土
●在熔模铸造中一般不用 ●在用水玻璃型壳生产低精度铸件时,可加
在背层型壳中起增强型壳强度的作用， 如沈阳粘土、无锡白泥等耐火粘土。
名称
耐火度（或 熔点）℃
酸碱性
热膨胀系数 ×10-6/℃
应用
石英
石英 玻璃
1713 1713
酸性 酸性
12.5 0.5
精度不高件， 面、背层
高精度件型、芯
刚玉
2050
中性
8.6
高精度件面层
（高合金钢）
锆石 ＞ 1948 弱酸性
4.6
高精度件（非高 合金钢）面层
高岭土 (熟）
1700～1790
弱酸性
二、硅酸胶体的几种形式
溶胶
冻胶
凝胶
从溶胶转变为冻胶、凝胶的过程称胶凝 过程。
制壳就是粘结剂从溶胶转变为冻胶和凝 胶的胶凝过程，是一个复杂的物理、化学变 化的过程。
三、胶体结构 胶粒结构
二氧化硅粒子表面的扩散双电层及电位
胶粒是在0~100nm的颗粒，1nm=10-6mm， 物质在这种粒度时，就具有很多特性，有粘结作 用。
1.电介质 2.pH值 3.SiO2浓度 4.温度
影响胶粒的分子运动、 改变分子碰撞机会
可利用电介质、 pH、SiO2浓度、温 度四个因素来改变胶凝时间，提高制壳 生产率。
但因生产精密铸件，实际生产中不 能利用温度这一因素。
§4 硅溶胶及其型壳
一、硅溶胶 硅溶胶是白
色透明的溶胶,在 电子显微镜下可 看到胶体颗粒
十、旧砂回用问题
废型壳的回用是国内外关注的问 题，可将废型壳破碎、过筛后再使用。
§3 粘结剂及型壳介绍
一、概况 1. 种类 水玻璃 硅溶胶 硅酸乙酯
应用 高精铸件：硅溶胶、硅酸乙酯，其中
硅溶胶为绿色粘结剂，正在发展中。
低精铸件：水玻璃
硅溶胶、硅酸乙酯、水玻璃粘结剂中 起粘结作用的都是SiO2胶体，又称硅酸胶 体。
胀系数 应用：背层制壳耐火材料
八、锆石（锆英）ZrO2·SiO2或ZrSiO4 是非铝硅材料 其相图
锆石ZrO2•SiO2或ZrSiO4
● 熔点 ＞1948℃ ● 弱酸性，热化学稳定性较好 ● 较小（4.6×10-6/℃ ）而均匀的热膨胀 系数 是一种性能较好的制壳耐火材料 应用：高精度（除高合金钢外）件面层
系数 是一种性能好的制Al2O3 48%处的高岭土
六、高岭土
分生、熟两种。 生料一般不用，因在加热中会发生下列反应 Al2O3•2SiO2•2H2O→Al2O3•2SiO2+2H2O Al2O3•2SiO2→Al2O3+2SiO2 3Al2O3+2SiO2→3Al2O3•2SiO2 SiO2（无定形）→SiO2（方石英或玻璃相）