电熔刚玉制造型壳面层的应用研究

姚忠　周旭

摘 要 熔模铸造的型壳是用耐火材料、粘接剂、溶剂等经过浸涂料、撒砂、干燥、硬化、脱蜡、焙烧等工序制造而成。型壳的制作是熔模铸造的关键工序之一。为了降低精密铸造的成本，采用电熔刚玉替代锆英制造熔模铸造型壳面层，精铸出来的铸件表面粗糙度能满足铸件的要求；产品质量可靠，能满足生产要求。

关键词 熔模铸造 电熔刚玉 型壳面层

中图分类号：TQ163 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.10.025

Application Research on the Modeling of the Surface Layer of Fused Corundum

YAO Zhong， ZHOU Xu

（School of Mechanical Engineering， Hubei University of Automotive Engineering， Shiyan， Hubei 442002）

Abstract Shell mold casting with refractory material， adhesive and solvent by dipping coating， sanding， drying， hardening， dewaxing and roasting processes made. The making of mould shell is one of the key processes in investment casting. In order to reduce the cost of precision casting， using fused corundum instead of zircon manufacturing investment casting shell mold， casting surface roughness of casting out can meet the requirement of the casting； the product quality is reliable， can meet the production requirements.

Keywords investment casting； fused corundum； shell surface layer

0 引言

铸造涂料是用来改善铸型表面的耐火温度、化学稳定性、抗金属冲刷性、抗粘砂性等性能的一种覆盖物，铸造涂料与铸件表面质量密切相关。①型壳的制作是熔模铸造的关键工序之一。②型壳中耐火材料约为其重量的90%，型壳材料的成本为精密铸造生产成本的近30%，其中耐火材料的成本为型壳材料成本的80%。所以，在熔模铸件生产时，耐火材料不但极大地影响型壳性能，而且选择合适的耐火材料将影响熔模铸造的成本。型壳耐火材料的合理选用对铸件的成本、质量和生产效率有很大的影响。③

锆英材料广泛应用为精铸行业的防粘砂涂料中的填料。多年来锆英材料依赖进口，近年来锆英材料的需求量不断增大，从而导致了锆英材料价格的不断上升。价格的上涨对精铸行业的生产成本影响很大。④电熔刚玉的主要成分是-Al2O3，耐火温度虽然低于锆英粉，但电熔刚玉具有较好的化学稳定性，高温条件下不会发生相变，不会与氧化物发生化学反应，而且在电熔刚玉中加入少量的附加物，能改善其固相烧结能力，涂层的致密性得到提高。有较好的抗粘砂性能，还具有资源广泛、价格低廉的特点。⑤⑥为了解决精铸行业锆英材料短缺成本上升等问题，采用电熔刚玉制造熔模铸造的型壳面层。

1 精密熔模铸造简介

铸造业是机械制造业的基础，是国家生产力的代表；失蜡法铸造又称精密熔模铸造，随着社会生产为发展，零部件结构朝着整体化、精密化、复杂化、轻量化的方向发展，我国精密铸件的要求越来越高；由于精密熔模铸造生产出的铸件尺寸精度、表面质量与其它铸造方法相比要好，而且适用的合金类型、种类很广，精密熔模铸造的应用越来越广。

熔模铸造的基本工艺就是：先将蜡等易熔材料制成模型；按照一定的比例，将耐火材料和粘结剂等在容器中均匀混合，经过搅拌、去沫等工序后，将耐火材料和相应的粘结剂配制成为适宜粘度的料浆，将表面清洗干净、尺寸精确的蜡模放在料浆里浸蘸，然后取出撒砂、干燥；这样重复几次，且每一次撒砂的粒度及料浆的粘度都要变动；最外一层只挂浆，不准撒砂；在蜡模表面涂上多层耐火材料多层，这些耐火材料在蜡模表面干燥，待其彻底硬化充分干燥后，就会形成一个达到强度要求的整体型壳，再用蒸汽或热水将蜡等易熔材料从型壳中熔掉，从而制成型壳，在型壳中形成腔体，然后把整体壳型放在砂箱中，在其周围填充干砂，把型壳放置在烧炉中，经过高温焙烧，将型壳预热到一定温度，型壳经培烧后，使型壳达到一定的强度并保证透气性，减小型壳的热膨胀系数，最后在真空设备中将熔融的合金浇入型壳的腔体中，待金属在腔体内冷却后凝固，经过型壳外面耐火材料敲碎、清砂等表面处理后，生产出金属铸件。

由于熔模铸造制造出来的铸件有较好的形位公差、表面粗糙度、尺寸公差、表面光滑和尺寸精度，是一项近净形成形工艺，也被称为熔模精密铸造；精密铸造不仅适用于各类合金铸造，而且适用于铸造耐高温、形状复杂的铸件。

熔模铸造的产品特点：（1）熔模铸件的尺寸精确，几何精度高，表面粗糙度小，表面光滑，保证了铸件的一致性，产品质量高。在很多情况下，熔模铸造得到的铸件可以免去机械加工过程，或加工余量也很小。（2）失蜡法熔模铸造工艺适用范围广泛，适用于包括铸铁、碳素钢、工具钢、吕合金、铁合金等在内的几乎所有的铸造合金，尤其是适用于难于锻造、焊接、机械加工的材料。能减少加工余量，节约原料成本，提高利用率，生产效率高。（3）由于失蜡法熔模工艺成型好，零部件的重量明显减小，加工成本降低，大批量、小批量生产都非常合适。适合于造型困难、形状复杂、尺寸精度较高的复杂铸件的生产。特别是可以铸造耐高温的合金铸件，产品层次提高，采用熔模精密铸造节省机械加工设备和人力，加工余量小，能很大程度地节约原材料。

2 电熔刚玉型壳面层

制壳是熔模精密铸造过程中最为核心的内容，制壳的工艺影响铸件的表面质量。

熔模铸件质量的好坏与型壳的质量密切相关，且型壳面层不仅与铸件表层直接接触，用电熔刚玉作熔模铸造涂料，上涂料前的蜡模应清理干净，而且蜡模表面要很好地硬化；涂料使用前应搅拌均匀，并稀释到适宜的浓度；工作场地应清洁，以免污染涂料；在整体蜡模上进行浸涂料和手工涂刷时，蜡模涂挂性良好如图1。

电熔刚玉批量用于熔模铸造制型壳面层如图2，生产稳定，工艺成熟；性能优良，尤其适用于各种形状复杂的零件，浇注所得的铸件机械性能较好；电熔刚玉作为熔模铸造型壳面层耐火材料，主要应用于高温合金、镁合金等铸件的面层制壳材料，已施涂完毕涂料的蜡模必须充分干燥；涂料施涂的蜡模干后有涂层不良的需用指定的涂料补刷。

3 精铸质量

型壳表面层与高温液态金属直接接触，当金属液浇入型壳后，短时间内型壳内层的温度急剧上升到1300℃以上。因此要想得到表面光洁、轮廊清晰的铸件，型壳内表层不仅必须光洁、致密和轮廊清晰，而且还应具有良好的化学稳定性，避免浇注后铸件产生粘砂麻坑等缺陷。电熔刚玉用于熔模铸造制型壳面层达到了这些要求。

电熔刚玉造型的铸件表面质量较高如图3所示。生产的部分表面质量较高铸件如图4所示。铸件的表面光滑、无裂纹、缩松等铸造缺陷，电熔刚玉复合涂料能满足型壳对涂料的工艺要求。电熔刚玉由于自身结构致密、强度和硬度较高， 而且型壳在焙烧及冷却的过程中没有相变， 型壳强度很高。

铸件表面粗糙度可达Ra3.2～Ra6.3如图5所示。 符合产品质量要求。从而大大减轻了后续机械加工的工作负担。很多情况下，熔模铸件不经过机加工而直接使用。由于电熔刚玉化学稳定性较好，抗酸碱的能力强，在各种金属液中不会发生化学反应和变化，可以彻底避免产生黑色麻点、斑疤缺陷，在形状比较复杂， 要求较高的铸件表面形貌时，采用一般的锆英材料制造型壳都使清理工作产生极大的困难，从而突出了采用电熔刚玉的优越性。

采用电熔刚玉制造熔模铸造型壳面层，制得的铸件尺寸波动范围较小，铸件表面光亮，尺寸精度较高，铸件尺寸精度完全能满足产品质量要求；可以大大减轻机加工的负担，有时甚至可以全部取消后续的机加工工序。

电熔刚玉制造熔模铸造型壳面层工艺的优点在于其铸件表面质量高，型砂能再生利用，尺寸稳定。不但能满足质量要求，同时也降低了铸造成本。

4 结束语

采用电熔刚玉替代锆英砂，通过在整个蜡模上进行浸涂料和手工涂刷，涂层覆盖很均匀，经过烘烤后涂层表面强度很好，涂料层烧结脱壳，自然脱落，内腔无杂质和气孔等现象，钢水浇注冷却后，能生产表面形状复杂、尺寸精度和表面粗糙度要求较高的精铸件。结果表明：用电熔刚玉复合涂料代替锆英粉涂料，防粘效果较好，能满足生产要求。铸件质量高，且成本低。

基金项目：湖北省自然科学基金项目（2013CFB045）

注释

① 杜剑平，胡建，安璐，李田田，雍小晋，洪志兴.电熔刚玉复合涂料在转K6 型摇枕﹑侧架铸钢件上的应用[J].现代机械，2014（5）：79-81.

② 陈合芝.熔模铸造硅溶胶型壳的研究进展[J].金属加工（热加工），2016（11）：67-69.

③ 谢帆，王强.熔模铸造型壳耐火材料及其选择[J].金属铸锻焊技术，2012.41（21）：58-89，63.

④ 程俊华.电熔锆刚玉结合锆英石捣打料抗蚀性能的研究[D].南京：南京工业大学，2002.

⑤ 闫炳江.电熔刚玉替代锆英砂做型壳面层的研究[J].特种铸造及有色合金，2013.33（2）：157-158.

⑥ 刘蕾.宝珠砂在熔模铸造面层材料中的应用研究[D].沈阳：沈阳大学，2015.