精铸硅溶胶型壳耐火材料的合理选用.pdf

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1、精铸硅溶胶型壳耐火材料的合理选用苏州华宏精密铸造有限公司籍君豪彦宏1前言“硅溶胶型壳”目前已经被全球精铸界公认为生产精铸件的最佳：[艺方案。其主要特点是：“铸件表面质量高、返修率、废品率低、质量稳定性好。材质适用性J’。。’’。精铸件的“性价比”很大程度上取决于“型壳”的质量和成本，它不仅决定于粘结剂还与占型壳材料90％(质量分数)的耐火材料(砂、粉)密切相关。我国自上世纪九十年代初引进了“中温蜡——硅溶胶”型壳：I。：艺。十多年来从无到有，已经有近千家精铸厂在应用。当前又有不少原应用“水玻璃”或“复合”型壳的厂家已改用“低温蜡——硅

2、溶胶”型壳。实践证明这种工艺方案在生产中大型铸件(10～200千克)时较“中温蜡——硅溶胶”型壳更具优势。硅溶胶型壳虽具有上述许多的优点，但其成本高、生产周期长、脱壳性差、这三大缺点仍是它至今未能在我国全面取代水玻璃和复合型壳的主要原因。其中成本及脱壳性与型壳耐火材料有很大的关系。对于附加值较低的“准质量”即表面质量及尺寸精度要求均不太高的民用商业精铸件而言，“成本”因素在市场竞争中更显突出。如何根据铸件不同质量(级别)、不同材质、不同使用场合的要求合理选用型壳耐火材料，使型壳获得最高的“性价比”，正是本文要阐述的主题。同时，对世界目

3、前通用的硅溶胶型壳耐火材料的组合：锆英石(面层型壳)——高岭石熟料(背层型壳)如何提高其工艺性能，也提出了一些建议和看法。供精铸界同仁参考。2硅溶胶型壳耐火材料的基本要求2．1要有足够高的耐火度和热化学稳定性硅溶胶型壳须经1000～1200℃高温焙烧。(保温0．5-1．0小时)在重力浇注时还要承受高温金属液的冲刷和静压力，故型壳要有足够高的高温强度(即抗蠕变能力)和热化学稳定性即在高温时不与型壳本身或金属液中的元素的金属氧化物产生化学反应生成低熔点的物相，才能保证型壳在高温焙烧、浇注时不至变形开裂或出现“烧结”导致铸件粘砂。这些性能与

4、组成型壳的耐火材料的固有性质和杂质含量有直接关系。“足够高”的耐火度，要根据铸件材质的熔点(浇注温度)确定。不锈钢、耐热钢、浇注温度常在1600～1700"C，碳钢、低合金钢在1500～1600℃左右。铸铁件则在1350～1450℃。而有色金属铜铝的浇注温度更低，约在1200"C及750。C左右。生产中不考虑材质，使用同种高耐火度的材料型壳，不仅会增加成本且常会使型壳残留强度过大，清砂脱壳困难。应根据铸件不同的材质选用型壳耐火料才符合经济合理的原则。但必须注意硅溶胶型壳由于在1000"--"1100。C高温时其透气性和高温强度最高，故

5、不论浇注何种熔点的金属为保证型壳的高温性能必须在1000～1200"C进行焙烧，只是在浇注合金时应按铸造材质(熔点)壁厚等工艺冈素选择合适的型壳温度。2．2要有较小的均匀的热膨胀系数(0～1200℃时仅值)型壳热膨胀率的大小囚多晶转变影响到型壳的高温强度。过大或不稳定时型壳强度及尺寸精度降低。2．3要有适当的粒度(粒径)和粒度分布(级配)型壳耐火材料中的粉粒粗细(粒度大小)直接影响型壳表面粗糙度和强度、透气性。一170—(1)、对面层涂料用粉料其粒径不应粗于320目(0．045mm)。背层壳粉料粒径不应粗于150目(0．100mm)。

6、这样才能获得表面光洁的铸件和具有较高强度和透气性的型壳。(2)、涂料用粉的粒度要分散分布，而撒砂粒度要集中。前者有利于获得高致密性(高粉液比)的涂料，使铸件表面质量提高(面层)和型壳具有更高的强度(背层)。(3)、型壳涂料用耐火材料为获得高的“松装密度pJ”以使涂料具有高致密性其粒度分布最理想的是“双峰型”分布。其要求为：a)重量平均粒径DNL：25～30um(0．025～0．030mm)b)重量分布均方差QNL>17(以DNL为中心的粉料分散程度)'’c)比表面积S=7～9m‘锆英粉，S=12～15m‘石英或莫来石粉(每100克粉料

7、的表面积)d)松装密度：pJ>t2．55(g／cm。)(锆英石)pJ≥1．5(石英或莫来石)符合上述条件的粉料其粒度分布特点是：粉粒的粗粉峰位在(45um)，细粉峰位在10um左右，谷为在20～30um(0．02～0．03mm)粗细粉质量比为l：2，粒径比>／2．5。生产中可以用粉料粒度分析仪测定其粒度分布，生产现场可用简易的密度器以测定粉料的松装密度pJ方法来判定其粒度分布是否符合配制高致密度涂料的要求【1]。应着重指出，为满足精铸涂料工艺性能的要求，pJ值只有在规定的粒度范围内才有对比和实用价值。同时，细粉(≤10um)含量过多涂

8、料屈服值太大，涂料的覆盖性也会超标，故pJ值还受粗细粉粒的粒度范围限制。生产中硅溶胶比水玻璃粘度屈服值均低，故其涂料对细粉含量也应较高才能获得一定的覆盖性(涂层平均厚度)。一般硅溶胶涂料中≤10um粒径质量的百分含量应控