硅溶胶型壳精铸件生产经验点滴(图)

自上世纪九十年代初引进硅溶胶型壳生产精铸件后，我国熔模精密铸造生产获得了飞速发展和长足进步。至今采用中、低温蜡硅溶胶型壳工艺的工厂已近600多家，许多先进的工艺，高效的设备和优质的材料在精铸件生产中得到了应用和推广，铸件质量和生产率有了很大的提高。

近年来由于市场竞争，精铸行业的技术交流受到一定影响，许多工厂的技术革新和宝贵的生产实践经验未能及时推广和交流。为此，作者收集了近年来国内部分硅溶胶型壳工艺精铸厂的生产经验、技术创造和小改小革，简要地向精铸同行介绍和推荐，希望有助于我国精铸件质量生产效率和工艺水平的提高。

限于篇幅和阅历，仅将在生产中已投入应用并取得实效的点滴经验摘要列出，期望能“抛砖引玉”，起到促进国内精铸业的经验交流广泛开展的作用。

以下内容按精铸件生产工序逐项进行介绍。

Ⅰ 制蜡模(组)工序

一．防止浇口杯“落砂”的措施

1．“翻边”浇口杯的制作。

为减少铸件“砂孔”缺陷，无论中、低温蜡硅溶胶型壳均应采用“翻边”浇口(图一)，在浇口(杯)模具上安放两个半圆镶圈，压蜡后浇口杯端面会形成凹槽(图二)。制壳后浇口会形成光滑的“翻边”，能有效防止浇口杯边缘的砂壳落入型腔内造成铸件“落砂”。

2．“防砂盖”的合理结构。

大部分工厂应用碳钢平板(厚2毫米的冲压件)作浇口杯上的“防砂盖”。在制壳后脱蜡前取下，经抛丸处理去除粘砂后再回用。平板形盖易在抛丸后翘曲、变形。若按图三形式采用凹凸的“帽式”盖，刚性大大提高，与浇口杯上平面接触面减少，制壳时不易出现缝隙防落砂效果更好，使用寿命可提高一倍以上。

3．低温蜡模组的浇口吊具。

由于硅溶胶型壳大多采用蒸汽脱蜡，故低温蜡组不宜沿用水玻璃型壳的木制浇口棒。为能按放“防砂盖”及在脱蜡釜中便于安放模组，应与中温蜡一样采用可卸式手柄作浇口吊具。低温蜡强度比中温蜡低，应根据浇口棒形式(直棒或丁字形、多叉型等)在制蜡棒时使用耐酸不锈钢制芯骨进行加固(图四、五、六)，在使用长型芯骨时应在浇口棒模具上两端定位，防止芯骨移位。

生产小件(≤200克)低温蜡模组也可采用工艺出品率较高的多叉型浇口形式。为防止蜡棒断裂，其截面积要比中温蜡大些。中心部分要加长芯骨(图五、六)。

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二．低温蜡回收处理的改进

低温蜡(指石蜡、硬脂酸各50%，下同)由于硬脂酸有较高的酸值(210)，与型壳粘结剂中的Na2O会产生“皂化”反应，其皂化物在焙壳浇注高温下也不能消除，它是造成铸件夹杂的主要根源之一。硅溶胶中Na2O含量很低(0.25-0.5%)，仅为水玻璃(7-9%)的1/30，但在蒸汽脱蜡高压、高温条件下(0.2Mpa，110-140℃)皂化反应比热水脱蜡要强烈得多。其中硬脂酸还会与设备上的铁质零件反应生成硬脂酸铁(呈棕红色)，导致蜡料由白变红，收缩率增大脆性增加，使蜡模表面质量下降。严重时还会在搅蜡后糊状蜡中出现红色点状硬块(硬脂酸铁)，常会堵塞蜡口，恶化蜡料流动性，甚至无法进行压蜡。正确地处理回收蜡料减少皂化物及硬脂酸铁等杂质是保证蜡模和铸件质量的关键。

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1．回收蜡处理时盐酸(HCl)加入量的确定。

蒸汽脱蜡时皂化反应虽激烈，但毕竟硅溶胶中Na2O含量很低，若仍按水玻璃型壳工艺加入HCl处理，则蜡料中残酸量过高，蜡料会变脆且对脱蜡设备的腐蚀会加剧。经测定，常年批量生产的三种型壳在长期未补加硬脂酸状况下其回收蜡中的酸值范围，如表一。

表一

型壳类别 酸值范围 注：低温蜡新蜡酸值为105mg KOH/g

水玻璃 80－70 复合 85－75 硅溶胶 100－90 不同酸值时回收蜡处理时盐酸加入量可按公式计算得出(计算过程从略)[1]

表二

回收蜡酸值X 盐酸加入量% 平均加入量% 105 0 0 100 1.04 1 95 1.97 2 90 2.96 3 85 4.15 4 80 4.9 5 75 5.9 6 70 6.9 7 注：工业盐酸HCl=31%，γ=1.14g/cm3 加入量为占蜡料质量百分数% 酸值Xmg KOH/g

由表二可知，硅溶胶型壳低温蜡处理时合理的盐酸加入量为1-3%，回收蜡酸值宜每月测定一次(方法按GB/T14235.6-93)，同时有两种或三种型壳工艺的工厂，低温蜡回收时若均用热水脱蜡，则应据实际测定的蜡料酸值按表二确定盐酸加入量。硅溶胶型壳用低温蜡回收处理后应每次补加3%(占回收蜡质量)新硬脂酸，以稳定蜡料酸值。

2．低温蜡中铁质的去除方法。

⑴硅溶胶型壳多数采用蒸汽脱蜡。若使用低温蜡则在长期生产中，蜡料会因硬脂酸铁的积累逐渐由白色转变为棕红色，蜡质也会恶化。一般除铁方法有电解法或加入活性白土法处理回收蜡[1]。前者须有专用设备生产效率低，后者易使蜡料夹灰增多，故至今较少在工厂中应用。最简易有效的除铁方法是：在回收蜡处理加入HCl的同时另加0.3－0.5%(蜡料质量百分数)的工业氟化钠(NaF，粉状)，氟(F)元素活性强，加热时能与硬脂酸铁生成氟化铁，其密度较大，易在水中沉降。同时，生成硬脂酸钠，在与HCl反应后可还原成硬脂酸。生产中连续加入NaF三个月后，蜡料会由棕红色渐变为洁白色，其性能也能复原。

⑵低温蜡除铁试验方法：取20克棕红色回收蜡料，置于400(或500)毫升烧杯中加入约300毫升水，同时加10克工业氟化钠(NaF)，将水煮沸5－10分钟后棕红色氟化铁(粘稠状)会沉降于水面下，蜡液倒于白纸上呈白色。

三．表面活性剂在蜡模工序中的应用

非离子型表面活性剂JFC已广泛应用于表面层涂料中，用以改善涂料对蜡模的湿润性、

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涂挂性，同样它可在压制蜡模及清洗蜡组中使用。

1．用作中、低温蜡浇注系统压制时的脱模剂。

配方：将JFC加入至蒸馏水(或纯净水)中，质量比为水:JFC=4:1充分搅匀，使用前倒入装有泡沫塑料块的方形(或圆形)容器中(塑料或不锈钢制)，用小漆刷蘸后涂刷在浇口模具型腔中作脱模剂，与常用的甲基硅油(中温蜡用)或变压器油(低温蜡用)对比，JFC脱模剂有以下优点：

⑴JFC为非油性液体，附于蜡模(棒)表面能改善对硅溶胶或水玻璃涂料的润湿能力，故可大大减少在表面层涂料JFC的加入量(由原0.3%降为0.1%以下)，涂料中直接加入JFC会与硅溶胶有微弱的凝聚反应生成絮状反应物，易在铸件上生成条状“铁豆”缺陷，JFC加入量过多会影响铸件表面质量。

⑵JFC成本低，甲基硅油市价约45元/kg，变压器油25元/kg，而JFC水溶液仅3元/kg。 2．用作蜡模(组)的清洗剂。

油剂脱模剂常具有一定的粘滞性，蜡模修饰后蜡屑常会粘附于表面，难以刷、吹去除干净，这是铸件产生点状毛刺的原因之一。故无论中、低温蜡模或焊装后的模组均应经过清洗工序(多数厂忽视了蜡模清洗工序)，采用JFC水溶液作清洗液能满足中、低温蜡的质量要求，价廉而实用。

清洗剂配方：在自来水中加入0.2－0.3%(质量分数)的JFC(高纯产品，未加水者)，同时加入0.05%消泡剂(正辛醇)搅拌均匀，为避免长条形或薄壁件蜡模在清洗时损伤，也可在蜡模冷却水中加入0.2－0.3%JFC，代替水洗，蜡模水冷后表面有JFC薄膜粘附之蜡屑，极易用压缩空气或毛刷除净。

3．若采用乳化剂使水与JFC能混合均匀(乳化)，不易分离，沉淀更理想，JFC水溶液还可作中低温蜡模压制的脱模剂。配方：蒸馏水:JFC:Na2CO3＝4:1:0.5(质量分数)，外加0.05%正辛醇(消泡剂)[2]。

脱模剂中不宜加入NaNO3(亚钠)，虽可使钢压型不易锈蚀但实践证明它与硅溶胶有凝聚反应，对铸件表面质量有不良影响。压型可另采用及时除水、上油等方法防止锈蚀。

必须指出，JFC脱模剂对于复杂零件其脱模效果不如油类脱模剂，生产效率也稍低，可有选择地使用。

Ⅱ 制壳工序

一．型壳耐火材料的合理选用。

硅溶胶型壳的材料成本约占铸件生产过程成本的25%，其中耐火材料成本又为型壳材料成本的80%。为降本增利应针对不同材质和质量等级要求的精铸件选用性价比高的耐火料。

(一)表面层型壳砂、粉料的代用。

生产附加值较低、表面粗糙度及尺寸精度要求不高的商业铸件(Ra=12.5-25，CT7-CT10)，尤其是原为焊接件、锻件、砂型或壳型铸造件及水玻璃型壳生产的钢、铁、铜、铝有色金属

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铸件，其型壳的表面层不必采用价昂、稀缺的锆英石，可改用优质高岭石熟料或石英、刚玉等耐火料，这在国内外工业、艺术品精铸生产中已成功应用[3][4][5][6][7]。

1．高岭石(莫来石)砂、粉。

优质莫来石砂、粉料因其杂质含量较低(表三)，可以用来生产熔点较低的碳钢、低合金钢、铸铁及铜、铝铸件，但不能用于生产高熔点的不锈钢、耐热钢或高合金钢件的型壳表面层，因铸件表面易产生粘砂、毛刺等缺陷。用作型壳表面层的砂粉料其质量应符合表四规定。其生产工艺要点是：

<1>粉料粒度宜用270目-320目，涂料粉液比要高(n≥1.8，η6=40-45秒)。 <2>砂料应用60/80目。因其密度比锆英砂小、硬度低(表三)、显气孔率高，砂中灰分难以去净，故不宜沿用锆英砂100/120目的细粒度，否则易造成型壳分层。

2．精制石英砂粉。

石英熔点虽仅1713℃，由于其杂质含量很低(表三)故其耐火度接近熔点(1700℃)。高纯度的精制石英用作型壳表面层砂、粉料可以生产不锈钢、耐热钢等各类精铸件，在艺术铸造中浇注铜、铝精铸件时也有不少工厂成功应用。由于石英热膨胀系数过大(α=123×10-71/℃)，故目前只限于平面不大(Φ＜200)或重量较小(＜5kg)的中小件，其工艺要点如下：

<1>石英粉、硅溶胶涂料对蜡模的涂挂性还比锆英粉、莫来石粉涂料要差，因而要求石英粉有较好的“双峰型”粒度级配，其粉料紧实密度ρ≥1.5g/cm3，才能保证涂料有高粉液比(n≥2.0)，否则涂料覆盖性过低，易产生铸件表面毛刺。

<2>撒砂粒度宜为70/100目，要求粒度较集中(表四)。过粗易产生毛刺，过细面层壳易分层。

<3>要充分注意调整好各层型壳砂粉热膨胀系数α值的匹配，才能保证不出现型壳开裂。 A．若面层砂、粉均为精制石英(硅溶胶型壳)，配制背层水玻璃涂料时(复合型壳)则应采用50%铝硅系耐火粉料(莫来石粉或高铝土、耐火粘土)和50%石英粉，而不能使用100%铝硅系粉料(均撒铝硅系耐火砂料)，否则高温焙烧时型壳会开裂。若采用100%铝硅系粉料的涂料，撒石英砂则也可避免型壳开裂[3]。背层涂料用100%石英粉，撒铝硅系砂料则强度过低。同理，全硅溶胶型壳也符合上述规律，但由于其高温强度远高于水玻璃或复合型壳，故可用100%精制石英粉作背层浆的粉料，但背层必须撒100%的莫来石砂。

B．若面层为锆英粉－硅溶胶涂料，撒砂不能用100%精制石英(或100%熔融石英)，否则脱蜡时及焙壳时会出现表层网状裂纹(α不匹配)。为防止裂纹产生可以采用精制石英砂与熔融石英砂各50%的混合砂(粒度均为70/100目)，这一工艺已成功用于批量生产[5]。

3．熔融石英砂、粉。

熔融石英其热膨胀系数α极小(α=5×10-71/℃)，配制成硅溶胶涂料其涂挂性甚至比精制石英粉涂料更差。尽管采用“双峰”级配粉料或加多量润湿剂等措施其面层涂料的覆盖性、涂挂性也难以满足生产要求，故极少应用于面层型壳。实践证明：在面层锆英粉涂料中为改善脱壳性和降低成本，加入熔融石英粉也限于10%以内(占锆英粉质量)，加入量超过10%涂

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料涂挂性覆盖性会急剧下降，国外生产中加入量多为5－10%[10]。国内一些工厂在表面层应用锆英粉涂料时，撒熔融石英及精制石英砂各50%的混合砂来取代锆英砂已取得了成功，但在使用范围上仍有一定局限性[5]。若采用锆砂20%+精制石英砂40%+熔融石英砂40%（质量分数）效果更佳，其混合砂密度可达到ρ=1.84g/cm3。

4．电熔刚玉砂粉。

电熔刚玉耐火度很高(2000℃)，杂质含量低(表三)，高纯度的白刚玉其涂料的涂挂性也不如锆英粉涂料。目前市场价格接近于锆英石，故常用于生产高合金钢的硅酸乙脂涂料(面层)，一般商业铸件生产中应用较少。棕刚玉价廉，杂质含量较高，脱壳性较差，大部分用于硅溶胶型壳的面层撒砂料。但对于有复杂型腔的精铸件控制不当会造成清砂困难。选用优质的杂质含量低的棕刚玉作面层撒砂料是保证铸件质量改善脱壳性的关键[4][7]。

综上所述，各种耐火材料均有其自身的特点，但实践证明，对于硅溶胶型壳面层而言，锆英石(砂、粉)至今仍然是综合性能最好，铸件(型壳)质量最稳定，适应性最广、质量安全性最可靠的首选耐火料，难以完全取代。正像“汽油”对于飞机、汽车动力燃料难以被全面取代一样。应针对不同材质，质量等级的铸件合理选用性价比最高的耐火料，掌握其特点，扬长避短才能在保证铸件质量前提下进行“代用”，否则往往事倍功半，得不偿失。

表三 型壳耐火材料性能

主要杂质含量% 材料 名称 CaO+MgO+Na2O+K2O Fe2O3 FeO(游离铁) 锆英石 高岭石 熟料 精制 石英 熔融 石英 电熔 白刚玉 电熔 棕刚玉

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耐火 度℃ ～1900 1750-1787 1700 1700 2000 ～2000 密度 3g/cm 4.5 （平均） 2.65 2.65 2.2 4.0 4.0 20-1200℃ 硬度 热膨胀系数 (莫(α×氏) -7110/℃) 7-8 ～5.0 7.0 7.0 9.0 9.0 46 50 123 5 86 86 0.04-0.14 0.8-1.2 0.5-1.0 ≤0.5 ≤0.5-0.8 ≤0.8 0.06-0.1 0.6-1.5 0.05-0.1 0.01-0.05 ≤0.05 ≤0.1 ≤0.02 ≤0.05 ≤0.05 ≤0.05 ≤0.05 ≤0.05 表四 型壳表面层耐火料质量要求

主要杂质含量% 耐火 CaO+MgO FeO 材料 +Na2O Fe2O3 (游 名称 +K2O 离铁) (P2O5) ≤0.1 ≤0.07 ≤0.02 锆 粉 (≤0.1) 英 ≤0.2 石 砂 ≤0.10 ≤0.05 (≤0.3) 高 粉 ≤1.0 ≤0.60 ≤0.20 岭 石 砂 ≤1.2 ≤1.00 ≤0.50 精 粉 ≤0.8 ≤0.05 ≤0.02 制 石 砂 ≤1.0 ≤0.10 ≤0.05 英 熔 粉 ≤0.5 ≤0.05 ≤0.02 融 石 砂 ≤0.5 ≤0.10 ≤0.05 英 电 粉 ≤0.5 ≤0.05 ≤0.02 焙 刚 砂 ≤0.5 ≤0.10 ≤0.05 玉 主要 成份 含量 % ZrO2+H5O2 ≥66 ≥65 Al2O3 40-46 40-46 SiO2 ≥99 ≥98 SiO2 ≥99 ≥99 Al2O3 ≥99 ≥95 粒度 (目) 灼减 (烧失) ω% (1300℃) ≤0.5 ≤0.5 ≤0.5 ≤0.5 ≤0.5 ≤0.5 ≤0.5 ≤0.5 ≤0.5 ≤0.5 含 水 量 % ≤0.3 ≤0.3 ≤0.3 ≤0.3 ≤0.3 ≤0.3 ≤0.3 ≤0.3 ≤0.3 ≤0.3 砂中 粉料紧实 涂料粉含粉 密度ρ液比 量 3(g/cm) n (-200目) ≤0.5 ≤0.5 ≤0.3 ≤0.3 ≤0.5 300 70/140 270-300 50/100 300 70/140 300 70/140 300 70/140 ≥2.6 ≥1.5 ≥1.2 ≥2.3 ≥3.2 ≥1.8 ≥2.0 ≥1.5 ≥3.0 注：1．电熔刚玉砂指棕刚玉。粉指白刚玉。

2．粉液比n指硅溶胶涂料中粉与硅溶胶的质量比。(粘度在使用范围内)

(二)背层型壳用高岭石熟料的正确选用。

硅溶胶型壳的背层耐火料对型壳整体的高温强度、抗蠕变能力及残留强度有决定性影响，同时在一定程度上也影响到铸件的尺寸精度、表面质量、型壳透气性等。应用原则是：型壳的高温强度、残留强度必须兼顾。

1．应采用煤系高岭土中“致密状”粘土或“炭质粘土”(均属煤矸石生料)。“致密状”粘土呈白色，系纯高岭土，其矿物组成中高岭石含量高(≥95%)(安徽淮北金岩高岭土公司生产的煤系硬质高岭土是典型代表)。“炭质粘土”含有少量煤质(河北唐山、辽宁南票等生产的是典型的煤矸石)。这两种高岭石经充分煅烧(1250-1400℃)后的熟料加工成的砂、粉料(俗称莫来石砂粉)用于硅溶胶型壳具有较高的高温强度和较低的残留强度，已广泛应用于国内精铸行业。

典型工艺下硅溶胶型壳的高温强度比水玻璃型壳高6.8倍，残留强度高2.7倍[11]，故不宜再选用铝矾土类耐火料作背层型壳。铝矾土类的“高岭石”实质是低品位的铝矾土，其Al2O3含量等成份虽接近于高岭石，但矿物组成中高岭石含量低。如三等铝矾土Al2O342-52%，高岭石含量低(65-88%)，水铝石含量高(8-31%)，作背层料时型壳高温强度和残留强度均比使用上述高岭石高，脱壳性能差。

综上可知，为了兼顾型壳的高温强度和残留强度，应按表五要求选用硅溶胶型壳背层(包

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括过渡层)的砂粉料，仅仅根据成份、物相组成来选用是不全面的。

表五 硅溶胶型壳背层（含过渡层）用高岭石质量要求 主要化学成份% Al2O3 CaO+MgO+Na2O+K2O Fe2O3 42-46 游离铁 FeO% ≤0.3(粉) ≤1.5 ≤1.2 ≤0.5(砂) ≥95 ≤5 方石英15－20 矿物组成 高岭石 水铝石 主要物相 组成% 莫来石相≥45 ≥1750 ≤0.5 耐火度 ℃ 灼减 (1300℃)

二．改善硅溶胶型壳脱壳性的有效方法。

1．精铸生产中为改善脱壳性能，常采取以下几种方法：

⑴降低硅溶胶SiO2%含量：加水稀释硅溶胶使面层涂料SiO2由30%降为25%－20%，降低型壳强度同时也使残面强度相应降低。此法适用于铸钢小件(≤200克)或有色金属(如铝合金)精铸件。

⑵选用煤系高岭土作背层壳砂粉料，以兼顾型壳高温强度和残留强度，改善脱壳性。 ⑶在面层锆英粉涂料中加5-10%熔融石英粉，或采用混合石英砂撒砂[5][17]。 ⑷在面层涂料中加入高分子聚合物(聚乙稀醇)[12]。 ⑸采用“快干”硅溶胶作粘结剂制壳。

⑹在背层涂料中加入一定量的石英粉及熔融石英粉[5][8]。

2．利用熔融石英高温“析晶”、低温“相变”特点改善型壳脱壳性[13]。它相对上述几种方法质量风险小，效果好，性价比高，工艺方案如下：

⑴型壳过渡层(第2或第2、3层)涂料由100%高岭土改为混合粉料配比(质量分数%)如下：熔融石英粉50%(300目)＋精制石英粉30%(300目)＋莫来石粉20%(200或270目)。撒砂仍用莫来石砂或混合石英砂(30/50目或40/70目)(混合石英砂：熔融石英砂与精制石英砂各50%)。

⑵对于结构复杂、有深孔、窄槽、盲孔、弯孔等脱壳非常困难的精铸小件(≤5公斤)也可在过渡层和背层中部分或全部采用上述混合石英涂料。型壳高温强度足够但脱壳性可大大改善(残留强度低)。

⑶采用高效率(冲击能量大、震动频率高)的7655型等凿岩机改装后代替常用的G10风镐的震动机，可提高脱壳效率(表八)。

⑷可以结合上述面层涂料中加水、高聚物或熔融石英粉等综合方法进一步改善型壳脱壳性。

⑸生产中可增加涂料搅拌机或撒砂桶(机)，按各种零件对脱壳性要求高低采取不同的涂料及撒砂工艺，采取一种制壳工艺难以满足各类铸件对型壳性能的不同要求。

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三．防止铸件产生“铁豆缺陷”的有效方法。

精铸件表面常有复杂的细纹、沟槽、齿形、字模、锐角极易在蜡模浸涂料后在该处会有气泡产生，导致铸件出现“铁豆”。除采用真空沾浆机外下述简易方法也很有效和方便：

1．喷涂稀涂料法。加硅溶胶稀释硅溶胶涂料至粘度η4＝8-10秒(已加入0.3%JFC<润湿剂>及0.05%甲基硅油<消泡剂>)。装入喷漆内，蜡模组浸涂前先在其易生气泡处利用压缩空气进行喷涂(料)，再浸入涂料中，取出轻吹再撒砂。此法可彻底消除“铁豆”缺陷。缺点是涂料消耗大、工作条件差(宜在通风罩中进行)。

2．喷涂硅溶胶法。在盛硅溶胶液桶内加入0.3%JFC及0.05%消泡剂，将喷漆料桶除去，接上塑料管插入桶内，利用压缩空气在蜡模易生气泡处喷硅溶胶，再浸涂蜡模组。缺点是除泡效果稍比喷涂料差些，但操作方便，成本低，工作条件好是其优点。

四．型壳干燥室的增湿方法。

表面层及过渡层干燥时工艺要求室内相对湿度为RH=60-70%，但在冬季湿度很低常会降至RH30-50%以下，致使型壳干燥时出现裂纹甚至剥落或鼓胀隆起，严重影响型壳质量。大部分工厂采用地坪浇水方法来增湿效果往往不理想，因气温低时(24±2℃)水分蒸发很漫，可采用以下增湿措施：

1．在室内顶部安装“负离子增湿机”与湿度表控制器联动实现RH值自动调整在RH低于60%时会自动喷出水雾增湿达到70%则自动停工作，适用于产量大，室内空间大的干燥室应用，还可运用小型“加湿机”（具有自动控湿功能）在较小的型壳干燥室内使用。

2．利用小型喷漆，卸下料桶，接上塑料管，直接插入硅溶胶容料桶内(内装自来水)，通压缩空气向室顶方向喷水雾增湿效果良好，可迅速使RH提高20-30%。也可利用脱蜡釜中蒸汽通入干燥室喷蒸汽增湿(向上喷，注意安全)。

3．将表层或过渡层型壳与背层模壳组在同一干燥室内分区或间隔存放，利用背层型壳水分挥发来增湿(注意第一二层型壳不允许吹风，背层则应风干)。

五．废弃型壳的回收利用。

生产1吨铸件约产生1.5吨左右废壳。按年产300吨精铸件计算废弃型壳回收，全年可节约10-15万元。型壳回用既可降低成本，又可减少环境污染，其经济、社会效益均很高，已得到全球精铸业的重视和认同。废壳回收工艺要点如下：

1．废壳回收仅指全硅溶胶壳中经高温焙烧或浇注的废壳。复合、水玻璃型壳或脱蜡后及浇注有色金属硅溶胶废壳不准混入回用，要严格控制回收壳的来源。定点回收和供应可保证回用料质量且能减少往返运输费用。

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2．月产量在80吨以下的精铸厂，不宜自行处理废壳，型壳回收效率高产量大(日产约6-10吨砂粉)在精铸厂较集中的100-150公里范围以内设专业生产厂回收处理最经济(考虑运输成本)。

3．型壳回用的质量重点是：砂料“除尘”和粉料“去铁”。根据已投产工厂经验，回收型壳只适用于第三层以后背层壳作砂粉用，其质量可参考(表六)验收。应用回收废壳的工艺要点如下：

⑴粉料中游离铁含量是影响型壳高温强度、抗蠕变能力和脱壳性的主要因素。浇注后的型壳表面层上均有一层金属氧化膜(皮)存在，其中Fe2O3、FeO及其氧化物有磁性在去铁后可除去，但铬、镍等合金氧化物(FeCr2O4，MnCr2O4等)特别是浇注无磁性的，奥氏体不锈钢(304、316等)磁法去铁无效，在回收过程中难以除尽。但实践证明这类金属杂质熔点较高，在型壳高温焙烧(1000-1200℃)或浇注金属后(壳温常在1400℃以下)对型壳高温性能影响不大，多数工厂长期使用后未出现漏钢、型壳变形等状况。脱壳性能与新料对比变化不大，据测量新粉料FeO=0.1～0.3%，回用料FeO=0.2～0.5%(已经去铁处理)。据测定回用粉料中含有20%左右的锆英粉(质量百分数)，故其粉料密度较新料(莫来石粉)大，作背层涂料时宜选用270目，不应使用200目。因涂料粘度小、粉粒过粗易沉降，过细又会降低型壳透气性。

⑵砂中含粉量(通过150目筛网)对型壳性能有一定影响，应严格控制在≤0.5%。砂料粒度常为12/30目或6/20目(大件后几层)。

⑶反复多次回用废壳会使砂粉料杂质增多，若能新旧料掺和使用，可降低质量风险。实践表明，按新旧料各50%混合使用反复5次后第一次回炉料比例仅占3.15%[14]。可根据铸件特点和质量要求选用新旧料合适比例。

表六 型壳背层用的回收砂粉料质量要求

粒度 (目) 过筛 项目 筛号(目) 余留量% 筛号(目) 余留量% 筛号(目) 余留量% 筛号名称 前筛 主筛 12 20 后筛 30 主筛+后筛 ≥95 20 主筛+后筛 ≥95 ≤0.3 ≤0.3 ≤0.5 ≤0.3 ≤0.3 大件(≥10kg) 背层壳后几层撒砂 型壳背层涂料用粉 ≤0.5 ≤0.5 ≤0.3 中小件背层撒砂 游离铁含量 FeO% 灰份% (-140目) 含水量% 备注 20# (12/30) 12# (6/20) 270# ≤2.0 >85 6 12 ≤2.0 >85 200 270 ≤5.0 <70 注：1．粒度按ICBA/C02.11-1999标准。 2．游离铁FeO%测定参考本文介绍。

⑷粉中游离铁简易测定法：准确称量100克粉料，用强磁铁(磁场强度大于4000高斯)反复在粉中搅动，用漆刷掸去磁铁上的粉料，将吸附在磁铁上的黑色铁质(游离铁)质量之和

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G(g)(重复5-10次，使用精度0.01g的电子秤秤重)，G为FeO%(质量分数)。砂粒不能直接用磁铁吸附称重，因含铁之砂粒也会粘附其上。应碾碎后成粉(过150目筛)后按上法测FeO%。

Ⅲ 焙壳、熔炼及浇注工序

一．防止铸件表面“麻点”缺陷产生的有效措施。

“麻点”是硅溶胶工艺生产的精铸件常见的典型表面缺陷之一。其特征是：浇注的铸件表面密布(或局部分布)着深约0.3-0.5mm，直径约0.3-0.8mm的充满黑色熔渣的近圆形浅坑(往往在型壳表面对应处也存在“黑点”)，经抛丸除渣后凹坑显见，此类缺陷严重影响铸件外观，极难修复多成废品。

“麻点”产生的主要成因是：高温钢液浇注后在凝固过程中金属元素(Fe，Cr，Si等)的二次氧化及型壳表面层(或2、3层)耐火料中低熔点氧化物的影响，前者产生的“麻点”呈密集状分布，后者呈分散，局部存在。

避免麻点产生的主要措施是：

1．型壳表面层涂料及撒砂应选用杂质含量低的高品位的耐火料，如陶瓷级的锆英砂粉(表四)(不可使用一般耐火制品用锆英石)必须使用经强力磁选去铁及独居石且经酸洗处理的锆英石，加工过程中游离铁(FeO%)含量高是造成“麻点”的重要原因之一。

同理，型壳过渡层及第三层用高岭石杂质尤其是低熔点的硅酸铁(2FeO.SiO2)及游离铁FeO，在高温焙烧及浇注时往往会渗入型壳及铸件表面造成麻点[9]。

2．型壳必须在950-1200℃高温下保温1-0.5小时以上充分焙烧彻底除去自由水、结晶水及无机盐类，使型壳具有高透气性、低发气性，是防止“麻点”产生的关键。型壳内部的空气在浇注时未及时排出和外部空气通过热型壳渗入壳内表面，使正在凝固的铸件表面二次氧化是麻点缺陷产生的根源[10]。

3．防止浇注时铸件表面二次氧化的措施：

⑴浇注时严禁对熔池中的液态金属液及高温出炉型壳进行吹风(夏季常用电扇吹风降温)，防止钢液和型壳吸气导致铸件表面二次氧化加剧。

⑵薄壁或中、大铸件(≥10公斤)浇注时若型壳需填砂，必须使用经高温煅烧之干燥莫来石砂。不可用建筑黄砂或砂型、壳型铸造用的粘土选型(芯)砂及树脂砂填壳，这类砂中的结晶水、有机物高温时会大量挥发H2、O2、N等气体渗入热壳内，会在凝固中的铸件表面造成二次氧化，出现“麻点”，这是不少工厂常会忽视的重要因素。

⑶浇注Ni<8%的奥氏体不锈钢(美标201、202等)或Cr=12-20%，铬当量Cre5-15%的马氏体不锈钢铸件(410、420等)以及17-4PH沉淀硬化不锈钢或C≤0.25%的低碳钢精铸件极易产生二次氧化。铸件组浇注后5秒内应及时罩箱或加盖“密封冷却”(箱内加10-30克废蜡)。

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使钢液在还原性气氛中冷却可有效防止二次氧化造成的铸件表面的“麻点”缺陷。

304、316等含Ni高的奥氏体不锈钢或含铬(Cr)量较高的铁素体不锈钢铸件(1Cr17、Cr28等)，不易二次氧化(较少产生“麻点”)，但若采用“盖箱”冷却也能获得无氧化膜的光亮表面，可提高铸件表面质量，碳钢件还可减少脱C层。

图十五、十六、十七为国内工厂常用的盖箱方式，其主要特点是：操作轻便，防氧化效果好，箱体使用寿命长(高温下不易变形、氧化)。

Ａ3 =4Ａ3 =4Ａ３□400x400ＢＡＡＡ3 =4ＡＣ

ＡＡ 二．减少铸件“黑点”的有效措施。

精铸件加工(或抛光)后内部有“黑点”存在，是大气熔炼、重力浇注条件下最难彻底消除的铸件内在缺陷之一。

“黑点”的实质是：铸件内部存在的氧化夹杂、夹砂或缩(疏)松、针孔等孔洞形缺陷的总称。特点是细小、点状、分散的不规则孔洞，不同于常见的光滑的球形气孔或较大的渣孔、缩孔缺陷。在判断缺陷类别时，难免有多种类型的孔洞缺陷同时存在。总之要减少这类“黑点”缺陷，生产中应采取以下措施：

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1．熔钢加料前在坩埚底部先加入0.3-0.5%(占炉料质量分数)的造渣剂(可外购或自配—CaO/CaF2=4:1)，使钢料熔化过程一直处在渣层保护下进行，减少钢水吸气和氧化。钢液中氧化夹杂过多是黑点产生的重要原因之一。

2．减少回炉料(特别是浇冒口)的加入比例。对于大部分须加工或要抛光的铸件，回炉料比例不超过20%，即80%以上应用洁净的新废钢料。浇冒口反复多次回炉会含较多的夹杂(渣)具有“遗传”性，常会使铸件内部“黑点”增多，回炉料应以废铸件为主。

3．减少炉衬浮渣。选用纯度高的炉衬耐火料可减少高温钢液对炉衬的腐蚀，导致炉衬料中的杂质混入钢水造成铸件“黑点”。熔炼不锈钢时，应选用高纯度电熔镁砂或铝镁尖晶石炉衬坩埚，不能使用杂质多的冶金镁砂。

坩埚使用期限以减少炉衬腐蚀和集渣。

表七 各种坩埚使用期限

坩埚类别 成型坩埚 电熔镁砂(打筑) 电熔镁砂(打筑) 允许使用炉寿命(炉) ≤200 ≤150 ≤120 备注 进口或国产 进口料 国产料 4．强化钢液脱氧。应用扩散脱氧和沉淀脱氧结合的脱氧制度[15][16][19]，采用“多元复合脱氧剂”，出钢前加0.1-0.3%(占钢液质量)的“精炼剂”，使用“精炼棒”(无锡市吉岙铸造材料公司专利)提高终脱氧效果。这些措施均会降低钢液中的渣、气、氧化夹杂含量，有利于减少铸件“黑点”。

5．采用铸钢用(氧化锆质)泡沫陶瓷或直孔式过滤网，安放在浇口内，浇铸时过滤钢液达到净化钢水，减少夹杂(渣)。由于过滤网的“整流”作用，使钢水由紊流变为层流，减少钢水浇注时的二次氧化可降低氧化夹杂含量。据统计，二次氧化夹杂占铸钢件总夹杂量的83%，这主要在浇注过程中产生，其中钢液紊流造成氧化是重要因素之一。

生产实践证明，采用了以上措施能使“黑点”缺陷由原10-20%以上降为3-5%以下，铸件总焊补率可由30-40%降为5-10%[5][19]。

6．国外正在推广应用的“惰性气体”(氩气)旋风覆盖法(LBI)在国内也有个别工厂试用，此法简易可行，效果显著，钢液熔炼过程始终处于惰性气体保护下，可大大减少钢水中的氧化夹杂和含气量，铸件疏松、夹渣、氧化夹等缺陷减少，废品降低了60-80%，钢中熔解氧量减少了90%，这项革新技术值得国内同行借鉴[11]。

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三．茶壶浇包的应用。

在浇注10公斤以上的中大精铸件时“叉壳”浇注较困难，抬壳浇注也甚为不便，一般采用抬包浇注。为减少铸件夹渣(杂)废品，降低焊补率，常采用“茶壶”式浇包，介绍一种实用的有挡渣功能且不易使钢液产生紊流的浇包。

1．“茶壶”浇包的特点：

⑴金属液注入浇包内，渣能上浮(叉浇时感应电炉内钢水一直处于上下搅动状态)，不会随流入壳造成铸件夹杂(渣)。

⑵适合浇注大、小各种精铸件(钢、铁有色金属)。

⑶自制耐热浇注管，成本低，寿命长(50-100包)，更换方便，金属液飞溅损耗小，操作简便。管壁长能挂渣、集杂且可减少钢液产生紊流，浇注时钢水入壳平稳。

2．“茶壶”浇包结构(图十三)，用前可使用燃油(气)喷咀或焦炭炉、煤炉烘烤预热(不宜在焙壳炉预热，浇包外壳氧化，大大降低使用寿命)。

3．快速筑包法：用筑包耐火料(镁砂筑炉料或铝矾土)先打筑夯实包底，再放入“样模”(图十四)(样模外表面先在稀蜡中浸一薄层蜡液，冷后放入包内)，打筑包壁，浇包口上可用水玻璃或硅溶胶涂料涂抹平整，用热水浇入样模，蜡层即溶，可轻易抽出样模。

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ＡＡＡＡ

四．铸件“简易”固熔处理。

1．304、316奥氏体等不锈钢为提高耐腐蚀能力，改善加工性能，必须进行固熔处理(即将铸件加热至1000-1150℃保温后，淬水冷却)。生产中也可在熔钢时加入“免固剂”达到与固熔处理相当的效果。

对于耐蚀性一般要求的铸件，也可采用“简易固熔”方法即在铸件浇注后，冷却到固熔处理温度范围时放入冷水中(≤40℃)，也能达到固熔目的。

在酸液中耐蚀对比试验证实：同一种304铸件未经简易固熔的铸件切面上呈多孔蜂窝状，淬水固熔件则光滑无孔，耐酸蚀性能好。

奥氏体不锈钢耐腐蚀性对比试验方法(仅供对比参考)：

用试剂纯的HF20%，HNO330%及H2O(水)50%(体积比)，配成酸的水溶液，将试样切片放入后加热煮沸，一小时(反复多次加水约5%)，观察切片截面处腐蚀状况，进行对比。

2．304、316等不锈耐酸钢铸件一般不以力学性能为验收依据而以抗化学腐蚀性能(晶间腐蚀)为验收指标(GB-2100-80)(与不锈耐热钢铸件不同)，只要化学成分合格又经过合适的热处理(如固熔处理等)其力学性能可以得到保证。同理，“晶间腐蚀”检验可通过金相检

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验来替代。下列金相组织可推荐为304、316等奥氏体不锈耐酸钢验收依据[17]。

⑴晶粒度6-8级(参考GB8493-87)。 ⑵无M23C6碳化物存在。

⑶铁素体形态(放大500倍)不允许呈网状、半网状。应呈孤立、分散的岛状或粒状分布。其端面应呈圆钝形(非尖角形)，粗而短，大部分长度不超过30mn，长宽比为2-30。

必须指出，简易固熔方法须具有较丰富的实践经验才能奏效。重点是准确控制铸件淬水时的温度(950-1050℃)，防止铸件过高温度时淬水易产生变形、开裂。入水温度过低，固溶效果不好。此法质量稳定性不及加“免固剂”及正规“固熔处理”。应根据铸件要求分别选用，并通过抽样金相检验来判断固熔处理质量。

五．无磁性不锈钢精铸件生产经验。

1．有部分奥氏体不锈钢精铸件由于使用要求，不允许存在磁性。但铸件与变形不锈钢件(轧制的棒料、板材)不同，虽然它们的化学成分基本相同，但由于成形工艺方法不同，金相组织和力学性能有差别。变形不锈钢制品其金相组织基本上100%为奥氏体(A)，无磁性而铸件则除A外还存在有少量δ铁素体(F)，有一定磁性[20]。如CF8(3040)、CF8M(316)，其F含量分别为5－15%和15－25%(体积分数)。研究表明：决定奥氏体不锈钢磁性的主要因素是F含量，它与铸件的磁场强度大体成正比[17]。

2．铸件磁性或铁素体(F)量由镍当量Nie和铬当量Cr2决定。 Nie=%Ni+30×%C+0.5×%Mn+26(%N-0.02)+2.77 Cre=%Cr+1.5×%Si+%Mo-4.99[20]

铁素体F量由当量比P＝Cre/Nie决定(表一)[21] P与K之关系 表一[24]

P＝Cre/Nie F% 0.9 0 1.0 5 1.1 10 1.2 15 1.3 20 由表一可知当P≤0.9时铁素体F＝0。

生产中可以通过调整铸件成分的P值来减少或消除其磁性。 3．P值的调整:

由当量比P＝Cre/Nie及Cre和Nie公式可知：

凡使Cre值增加的元素均可促使F增多，P值增大，铸件磁性增强。如Cr、Si、Mo等。反之，能使Nie值增加的元素均可促使A增多，P值减少，铸件磁性减弱或消除。如Ni、C、Mn、N等。

必须指出，虽然奥氏体不锈钢CF8(304)、CF8M9316)等，其化学成分允许范围较宽(表

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二)，但为保证铸件的力学性能、耐蚀性和低磁性较理想的化学成分范围如表。

奥氏体无磁性不锈钢的控制成分 表二

钢 元素 C 号 项目 标准 成分% CF8 控制 成分% 标准 成分% 304 控制 成分% 标准 成分% CF8M 控制 成分% 标准 成分% 316 控制 成分% ≤0.08 0.06-0.07 ≤0.08 0.06-0.07 ≤0.08 0.06-0.07 ≤0.08 0.06-0.07 ≤2 Si Mn Cr 18-21 Ni 8-11 8.5-9.5 8-10.5 Mo 2-3 N 标准号 ≤1.5 0.4-0.6 1.2-1.4 18.5-20 ≤0.75 ≤2 18-20 美国ASTM A351 ≤0.1 美国UNS ≤0.1 (S30400) 美国ASTM A351 美国UNS (S31600) 0.4-0.6 1.7-1.9 18.5-19.5 8.5-9.5 ≤2 ≤1.5 18-21 9-12 0.4-0.6 1.2-1.4 18.5-20 ≤0.75 9.5-10.5 2.1-2.5 ≤0.1 10-14 2-3 ≤2 16-18 ≤0.1 0.4-0.6 1.7-1.9 16.5-17.5 10.5-12 2.1-2.5 ≤0.1 注：⑴ 304、316指由加工或焊接件、锻件转为精铸件，但牌号未改成CF8、CF8M的材质牌号。

⑵标准成分摘自：常用金属材料手册(陕西科技出版社2005)。 以CF8为例，按表二规定的控制成分范围计算：

当Cre取上限值，Nie取下限值时(N=0)

Cremax=16.21，Niemin=13.67，Pmax=Cre/Nie=1.186 查表：得F＝14.3%，铸件具有强磁性。 反之当Cre取下限值，Nie取上限值时(N＝0) Cremax=14.11，Niemin=15.07，Pmim=Cre/Nie=0.936 F＝1.8%铸件有微弱磁性。

同理，经计算：CF8M其Pmax＝1.26，F＝18%。Pmin=1.017，F=5.85

由此可见，按表二控制成分上下限生产CF8或CF8M，在未加N元素时，其铁素体含量分别为F(CF8)=1.8-14.3%，F(CF8M)=5.85-18%，均有磁性存在。

4．不锈钢中N元素含量对铸件的磁性有重要影响。计算表明，加入0.1%的N元素可使Nie值增加2.08，因而可降低当量P值，即减少铁素体F的含量，使磁性减弱或消除，当P≤0.9时无磁性。

以上述CF8及CF8M化学成分为极限值时加入0.1N%，则可使磁性大大降低。

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钢中加N对P、F值的影响 表三

材 元素 N＝0% 质 项目 P=Cre/Nie CF8 F% P=Cre/Nie CF8M F% 18.0-5.85 10.05-0 14.3-1.80 1.26-1.013 6.045-0 1.101-0.8 1.186-0.936 1.029-0.823 N＝0.1% 由表三可知，通过对铸件化学成分的调整，力求在一定成分范围内降低Cre值，提高Nie，使P值下降，F含量降低，则可减少和消除磁性。

5．生产中可在钢液中加入氮化铬铁，FeNCr3-A(B)(YB/T5140-93)，其N含量3－5%，Cr含量60%，C含量为0.03%。实际操作时应根据炉料成分计算出Cre及Nie值，预先判断P值及F含量计算须补加的N含量，再换算成氮化铬铁加入量，若须无磁性要求P≤0.9，表二为Cre，Nie当量在极限值条件下的计算结果。例如当CF8中P＝1.8%时(表二)据计算只须加入0.044%的N就可使P＝0.9，F＝0，不需要加0.1%N。

氮化铬铁中N含量常在3－5%，其收得率在50－80%之间，回炉料中(浇注系统或废铸件)含有一定的N，熔炼时应计算在内，防止N过量而产生铸件气孔和黑点。氮化铬铁应在熔钢还原期加入，不可在氧化期前加入。

6．钢中N元素的测定：

一般工厂光谱仪中常无非金属元素N的测定功能，不锈钢中的N含量可按国标GB/T20124-2006(ISO351:1999IDT)“钢铁氮含量的测定”惰性气体熔融热导法(常规方法)，进行。

此法适用于钢铁中质量分数为0.002－0.6%的氮含量。北京纳仪器有限公司生产的ON－3000氧氮分析仪可测定N、O2含量。

7．奥氏体不锈钢铸件固熔化处理后略能降低δ铁素体含量，使铸件磁性减少。

六．防止“飞翅”和“流纹”缺陷产生的措施。

上述两种缺陷是硅溶胶型壳生产的精铸件中最常见的表面缺陷之一。

铸件表面出现凸起的条状金属毛刺称“飞翅”或“披锋”。若是凹形条状沟槽则称“流纹”。

产生这两种缺陷的直接原因都是表面层型壳有裂纹。当型壳裂纹宽度较大时，浇注的合金熔液能渗入型壳表面层裂纹内，使铸件表面的相应部位产生“飞翅”缺陷。而裂纹很窄时，由于合金熔液表面张力大，与型壳润湿性差，就无法渗入型壳内壁裂纹，但型壳与金属液间

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的氧(O2)能进入裂纹中与合金液中易氧化元素Fe、Cr等生成低熔点的金属氧化物(FeO、Cr2O等)，它们极易润湿型壳，同时在已将凝固的金属表面内形成条状氧化物夹杂，经抛丸后出现凹形、条状沟槽――“流纹”缺陷[22]。

克服和防止这两种缺陷的主要方法是：避免表面层型壳出现裂纹。应采取以下几项措施： 1．“老化”的涂料，其中的硅胶溶液中已出现凝胶导致SiO2含量增高(由30%增至≥35%，密度增大由1.21增至≥1.27g/cm3)，型壳湿强度降低，极易产生裂纹。涂料不可长期停用(型壳产量低或搅拌桶容量过大)，每天要补充新涂料，并加水(净水、蒸馏水)调整粘度，防止水份挥发，减缓涂料中硅溶胶的胶凝(老化)速度。粘度升高时，禁止加硅溶胶调整，以防粉液比下降，壳强降低加速“老化”。已老化的涂料要弃用(可用于最后型壳沾浆)。

2．不少工厂表面层涂料使用粒度较小的硅溶胶(7-10µm)，目的是提高型壳湿强度，但小粒径硅溶胶要比大粒径(14-20µm)稳定性差，涂料易提前“老化”。

生产中，作为面层涂料其消耗量比背层涂料少得多，因而涂料稳定性比型壳湿强度要重要得多。实际上，在SiO2=30%时，型壳湿强度7µm与14µm、20µm几乎相同[17]。

小粒径硅溶胶胶凝速度快，更易“老化”，一旦“老化”，涂料湿强度比大粒径硅溶胶反而要低，型壳极易产生裂纹。建议生产上统一采用粒径10－20µm的硅溶胶作面层和背层。

3．合理选用面层壳撒砂粒度，严格控制砂中含粉量。目前国内精铸厂使用的(国产或进口原包装)锆英砂粒度普遍过细。工艺要求70/140目(即80/100目)，但实测均为140/200目。其含粉量允许值(过140目)＜0.3%，实测为5－11%，超标达16－36倍，这是面层型壳易裂的主要原因之一。必须要求供应商提供精铸专用的粒度符合70/140目，过200目筛(含粉量)≤0.3%的锆英砂。

4．严格控制面层型壳干燥参数：

工艺要求：温度t=24±2℃，相对湿度RH60-70%，型壳外表面禁止吹风，要自然干燥。孔、槽内允许通风(V=1-2m/s)。特别注意脱蜡前模组的存放条件：温度24±5度，湿度RH30-50%，风速V=2-5m/s。在高、低温(高于35℃，低于5℃)时运送或存放模组，在短时间内就会出现壳裂(尤其是中温蜡)。

5．蒸汽脱蜡时严守工艺操作： 进气要快：30秒内应升至0.6Mpa

排气要慢：60秒以上降压至0，不可迅速降压。

脱蜡釜第一炉不要在装载冷型壳的状态下升压及升温，应将脱蜡釜升温升压预热后再排气进壳，短时间内(＜10秒)关门升压。

6．第二层涂料没涂前，表面层型壳应先浸硅溶胶“预湿”，防止1－2层型壳分层。避免表面层型壳由于第二层干燥时胶凝收缩过快而鼓胀导致裂纹产生。第二层与表面层干燥工

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艺应相同。过渡层(第二层)砂中含粉量要求过150目＜0.5%。

7．采用快干硅溶胶制面层涂料。快干硅溶胶中因加有高聚物，其型壳温度比普通硅溶胶高1.5倍，不易开裂。

8．各层用砂、粉料(尤其是第一二层)其线膨胀系数应相近，否则脱蜡或焙烧时型壳会开裂[3][8]。

结论：一切能防止表面型壳产生裂纹的措施，均能减少和消除铸件“飞翅”和“流纹”缺陷。

Ⅳ 铸件后处理工序

一．震动脱壳机的改进。

硅溶胶型壳的残留强度是水玻璃型壳的2.7倍，脱壳性差是它的主要缺点之一。除合理选择型壳耐火材料外，提高震动脱壳机的冲击功率也是提高铸件脱壳效率的重要方面。目前广泛使用的是C10风镐改装的震壳机，其震壳工效远比国内上世纪70-80年代普遍应用的7655型凿岩机低，凿岩机改装后，底座应用铸铝镦代替常用的钢镦上铺厚橡胶垫。还应安装调压伐可随时调整进气压力和震动频率，既可防止未震壳先掉件，又能使型壳或铸件固有频率与震动锤头频率相同(近)，产生“共震”效应，提高去壳生产率。[13]

表八 名称 风镐 型号 冲击能量J(焦耳) 震动频率HZ(次/秒) 进气压力Mpa 耗气量L/S(升/秒) G10 43 ≥65 16 ≥37 0.63 0.63 26 ≤80 凿岩机 7655 注：7655型凿岩机由阿特拉斯.科普柯(沈阳)建筑矿山设备公司生产。

二．浇冒口的“粗割”与“精切”。

对于生产批量较大或常年供货的精铸小件，采用先“粗割”后“精切”的方法，不仅可大大提高从铸件组上取下铸件的效率，并可保证不在切割时损伤铸件。具体方法如下：经震动去砂的铸件组先沿浇口棒一端用宽3.2mm的树脂薄片砂轮切下铸件，铸件内浇口长度可放宽至5－10mm(粗割)。铸件经抛丸或酸洗(不锈钢件)后，放在专用夹具中，用另一台台式切割机进行内浇口的“精切”(砂轮片可用粗割后的Φ≤200的废片)，使浇口余头高度达到h≤0.5-1.0mm以内，在专用夹具上有定位及限位装置，故切后铸件内浇口面十分平整。对于待加工面不必再进行打磨(浇口余头仅为0.5-1.0mm以下)。若属须打磨平整的非加工面，只要再经砂带机打磨平整即可。“精切”成本远低于砂带打磨，效率甚高，一般一人操作班可达1000-2500件(视浇口截面大小)。这样，对粗割的精度要求可大大降低，生产率提高，铸

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件损伤率大幅下降。对于一组多件(50-100件)的小件效果更佳，当然此法对小批量铸件或大件不宜采用，仍按粗割→粗磨→精磨工艺流程更为合理。

三．精铸件的“粗磨”与“精磨”。

经“粗割”切除浇口的铸件，其内浇口余头长度常在2-5mm之间，若用砂带打磨费工费料，应先在自制的砂轮机上“粗磨”至h≤1.0mm，再在砂带上“精磨”更经济合理。粗磨用刚玉砂轮片(一般外购之双头砂轮机)对于不锈钢件并非适合(铸件硬度低)，效率低，成本高。可改装或自制双头砂轮机，采用“粗割”用薄片砂轮(新片Φ400，或粗割后的Φ≥200的废片4-5片合并装入双头砂轮机轴上用于“粗磨”铸件。对于中件(5-20公斤)用手提砂轮打磨不如自制较大功率的(电机采用2.8-4.5kw)双头砂轮机，两头安装组合薄片砂轮进行铸件粗磨，其侧面还可作大平面件的磨削用。生产效率高，节约砂带，能降低成本是其最大优点。

四．精铸件的高温碱爆。

不少壁薄或有细长孔，盲孔，窄槽的精铸小件，不允许用履带式滚筒喷丸，而喷砂效率过低，这类零件宜用碱爆除砂。去壳效率高，清砂彻底，铸件不会受损伤。

常规工艺是在500-520℃苛性钠溶液中加热后淬水碱爆[1]。为了提高生产效率，采用高温(700-750℃)碱爆效果更理想。具体工艺如下：

1．碱爆炉可由焦炭坩埚炉、油炉或煤气发生炉、天然气炉或瓶装煤气炉等热源加热。坩埚可用耐热钢(316L等)制成“碱爆设备”也可外购或自制。有工厂使用成本较低的熔铝铸铁或4Cr9Si2坩埚使用寿命较长。钢板焊接成的304、316(δ=10-20mm)成本较高，由于焊缝易渗漏，不如铸造的整体坩埚耐用。

2．采用工业用苛性碱(NaOH≥90%)加热时应用热电偶测温控制在700-750℃，超过800℃由于反应产物Na2Si04及H2O中的结晶水蒸气会使碱液溢出坩埚。将铸件(先经其他方法除砂后可减少碱液消耗和提高生产效率)放于不锈钢制网篮中，经炉口预热后浸入已到温之熔融NaOH碱液中约10-20分钟(视铸件大小及数量)。取出吊篮立即连篮浸入冷槽水中(t≤40℃)，冷却后即放入5-10%工业盐酸水溶液中和1分钟，再浸入冷水中(或冲洗)去盐，后入热水槽中清洗或置入加热离心机中除水、烘干。

经碱爆之零件表面光洁无氧化膜，不必再进行喷砂。 工艺要点如下：

①碱爆前铸件尽可能去除铸件表面之砂壳(个别孔内可占孔去除砂)以减少碱耗和提高碱爆效果。

②戴好面罩头盔及防护服，防止熔融碱液飞溅伤人。(特别是注意眼部安全)

③及时除去坩埚底部的反应产物(Na2SiO4等)以免碱爆效果下降，去渣后应及时补加

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NaOH。

④严格控温(700-750℃)能自动控温最佳。

⑤尽可能实现机械化操作，人与设备隔离，加强通风，防腐(碱爆室墙及地坪要耐碱)。 ⑥一次零件不宜过多，若一次碱爆除砂未净，可重复碱爆。 五．不锈钢酸洗、钝化处理的改进。

奥氏体或沉淀硬化不锈钢为提高耐蚀性及获得光亮的银白色泽，常要进行酸洗和钝化。一般常将酸洗液与钝化液合一使用，这是不合理的。酸洗与钝化其目的不同，因而溶液配方也各异。

1．酸洗目的是要彻底去除浇注或固熔处理后的铸件表面氧化膜(抛丸也可除去一部分)，为下一步钝化创造良好的条件。同时也可暴露铸件疏松、缩孔等缺陷，酸洗液配方：

盐酸 ＋ ＋ 氢氟酸 ＋ 水 ＋ 乌洛托品 ＋ 尿素(工业用) (HCl) (HNO3) (HF) (H2O) (C6H12N4)(六亚甲基四胺) 30% 10% 10% 50% 0.5%(外加) 1%(外加) 其中：工业盐酸HCl＝31% γ＝1.14g/cm3 工业销酸HNO3=65% γ＝1.41/cm3 工业氢氟酸HF≥40% 2．钝化液配方：

＋ 氢氟酸 ＋ 磷酸 ＋ 水 ＋ 乌洛托品 ＋ 尿素 14% 7% 3% 76% 0.5%(外加) 1.0%(外加) 其中，工业磷酸是光亮剂，加入后钝化金属表面生成银白色光亮色泽。

上述两种配方均可自配，其成本化为外购液的1/5。多年生产实践表明，对于奥氏体不锈钢上述配方铸件能获得理想的表面色泽和较高的耐蚀性能。

工艺要点：

1．铸件先喷丸再酸洗，经检验后合格件再进行打磨，二次喷丸后再进行钝化处理。 2．不锈钢抛丸不能代替钝化，前者不会产生钝化膜不能防止酸性介质对铸件表面的腐蚀。钝化液则使不锈钢基体中铁和铬形成钝化膜防止酸液对金属基体的进一步腐蚀。

3．缓蚀剂(乌洛托品等)可减缓酸洗和钝化过程过蚀防止铸件氢脆(氢气渗入金属晶格产生脆性)，尿素为抑雾剂，防止酸挥发污染环境。

4．长期使用后酸洗液或钝化液效果会减弱，应及时补加新液，或全部更换旧液。槽底的残物(铸件氧化皮、残砂等)应定期清除，以保证使用效果。

5．酸洗及钝化液必须集中处理，严禁排放入下水道中。因其中氟化物、六价铬及镍等污染物均为有毒物质。

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六．不锈钢铸件表面锈斑的防止。

经酸洗、钝化的奥氏体不锈钢(304、316等)铸件，应具有良好的防腐蚀能力，但往往发现在铸件存放一定时间或浸水(48小时)或盐雾试验时仍有表面锈斑或局部吐酸现象。一些出口铸件在海运过程中也会出现锈点、黄斑，造成退货。铸件产生锈斑的主要原因如下：

1．铸件热节处有缩孔、缩松，虽经焊补但不彻底，加之未彻底去除焊补处夹砂(杂)，造成“虚焊”或细小孔洞。往往在一段时间后该处会渗出黄水(酸洗液)呈锈斑。

2．铸件经喷砂处理正常色泽(灰白色)，但浸水或潮湿空气中存放会在表面或字模等凹陷处出现黄色锈斑或分散的锈点。

3．铸件虽经碳钢丸或不锈钢丸喷丸处理，由于铸件表面粘附的易锈碳钢丸粉末、Ni<8%的不锈钢丸或马氏体钢、轴承钢丸等不耐酸蚀的粉末，喷丸处理后又未经重新酸洗、钝化、除水、中和等工序处理，铸件表面会锈蚀，呈现锈斑。

解决上述锈斑的主要方法如下：

⑴缩松、缩孔处应用电焊条冲净孔内夹杂，再用氩弧焊焊补，防止虚焊。认真焊补或改进浇注系统，防止缩孔(松)产生才能根除。

铸件有黄斑出现要重新进行酸洗除锈，干后喷丸再重新焊补，酸洗或钝化后铸件必须经碱煮中和(3-5%NaOH水溶液90℃)及热水清洗，不可只用冷水冲洗即入库。

⑵喷砂(石英砂、碳化硅砂或刚玉砂)中本身无氧化铁质，但经喷及喷砂室内壁，底座碳钢板高压磨擦后，砂中常会混入碳钢游离铁(FeO)，不锈钢、碳钢件表面的氧化皮(膜)也会混于砂中，砂在循环使用时FeO会在喷砂时附于铸件表面(用强磁铁可在用过的砂中吸附出大量铁质)，在潮湿空气或浸水后，会出现锈斑(点)。将有锈斑铸件重新喷砂再经酸洗(非钝化，因要求灰暗色泽的喷砂表面)→碱煮→清水冲洗→热水清洗→干燥，可彻底去除这类锈斑。

铸件喷砂后不可直接入库，应再经酸洗(短时间)除铁再经中和、热水清洗工序，不影响灰色表面色泽，也不会出现锈斑。

江阴江化工阀门厂 籍 君 豪 2010年元月12日

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参 考 文 献

⑴特种铸造手册(上册) 机械工业出版社

⑵硅溶胶熔模铸造工艺的一些改进措施 “特种铸造及有色合金”2008年28卷第8期 温跃信等 ⑶石英材料在精铸制壳中的应用 中国铸协精铸分会第九届年会论文集

籍君豪

⑷用电熔刚玉代替锆英做型壳面层 中国铸协精铸分会第九届年会论文集 闫双景等 ⑸熔融石英在硅溶胶型壳中的应用实践 籍君豪 徐广民

⑹全岩牌精铸面砂的试验研究 “特种铸造及有色合金”2008年第8期

田培风等

⑺精铸专用刚玉砂(粉)在面层型壳上的应用 中国铸协精铸分会第十届年会论文集 陈磊等

⑻精铸硅溶胶型壳耐火材料的合理选用 中国铸协精铸分会第十届年会论文集

籍君豪 彦宏等

⑼型壳“墨点”和精铸件“黑皮” 中国铸协精铸分会第十届年会论文集

陈冰

⑽精密铸造实用技术 原著：山屋洋树(日) (内部资料)

编译：许云祥

⑾提高水玻璃型壳质量的措施 精铸分会第十届年会论文集 姜不居等 ⑿降低型壳面层残留强度的试验 精铸分会第十届年会论文集 焦云 ⒀改善硅溶胶型壳脱壳性能的有效途径 精铸分会第十一届年会论文 籍君豪 ⒁废弃硅溶胶型壳的回收使用情况 精铸分会第十届年会论文 梁树山等 ⒂ 正确理解气体、杂质在钢液中存在的状态与脱氧元素的功能 精铸分会第十届年会论文 朱锦伦

⒃渣工艺在熔模铸造炼钢中的实践运用 精铸分会第九届论文集 鲁礼晶等 ⒄美、欧精铸技术十年回眸 陈冰编著

⒅铸造不锈钢的组织和性能的关系 武汉渡普公司 韦世鹤

[19]不锈钢精铸件“黑点”缺陷综合处理方法 浙江精铸通讯第67期 朱锦伦等 [20]铸造奥氏体不锈钢的组织和性能的关系 武汉渡普公司 韦世鹤 [21]不锈钢免固剂说明书 武汉宇浩工贸有限公司

[22]熔模铸造硅溶胶型壳铸钢件表面沟槽缺陷分析 浙江精铸通讯2003[3] 宁波大学赵恒义

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