復(fù)晶砂、粉在硅溶膠精密鑄造面層制殼中的應(yīng)用

張建雄

摘 要：硅溶膠精密鑄造面層耐火材料一般選材為鋯英砂鋯英粉，但其昂貴的材料價(jià)格及優(yōu)質(zhì)的鋯砂粉礦源越來越少，讓精密鑄造制殼生產(chǎn)成本一直居高不下。本文介紹一種新型的制殼耐火材料復(fù)晶砂、復(fù)晶粉在制殼工序中的實(shí)際應(yīng)用并進(jìn)行分析總結(jié)，希望可以為硅溶膠精密鑄造制殼面層耐火材料的多元化選擇和替代使用提供借鑒。

關(guān)鍵詞：復(fù)晶砂復(fù)晶粉；硅溶膠精密鑄造；面層；蓋箱；潰散性；麻點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TG245 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）05-0070-02

隨著科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，制殼材料也在不斷更新發(fā)展，并在質(zhì)量提升方面展現(xiàn)優(yōu)勢。復(fù)晶砂、粉以三氧化二鋁為主，并融合了10%的熔融石英，成為硅溶膠精密鑄造面層制殼的重要材料。復(fù)晶砂、粉應(yīng)用到制殼過程中，可以實(shí)現(xiàn)高溫穩(wěn)定性，材料不容易與合金溶液發(fā)生反應(yīng)，并達(dá)到較好的透氣性，易清洗、易干燥，而且不會(huì)像其他合金材料一樣出現(xiàn)含氣量大、活性強(qiáng)，在鑄件表面出現(xiàn)氣孔等問題。也正是因?yàn)閺?fù)晶砂、粉的應(yīng)用優(yōu)勢，讓其在硅溶膠精密鑄造面層制殼應(yīng)用中成為重要的制作材料，探索復(fù)晶砂、粉在硅溶膠精密鑄造面層制殼中的更好應(yīng)用路徑也就顯得極為重要。

1 復(fù)晶粉特點(diǎn)

復(fù)晶砂、粉（如圖1所示）具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、純度高、耐高溫、抗熱震以及無放射性等特點(diǎn)。

（1）復(fù)晶砂、粉是一種以鋁釩土為基材，在經(jīng)過化學(xué)分離提純后再進(jìn)行人工合成，因此，其具有的純度非常高，且無放射等危害，環(huán)保又健康，這為其在制殼中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。（2）耐高溫性。復(fù)晶砂、粉具有的彈性模量比鋯英砂、粉要高，其分解溫度高，高溫?zé)峄瘜W(xué)性表現(xiàn)穩(wěn)定，在高溫狀態(tài)下不易發(fā)生蠕變。能夠在>1800度的高溫下還能保持正常的性能狀態(tài)，荷重軟化溫度高，晶體其內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，線膨脹系數(shù)低。這讓其在制殼過程中實(shí)現(xiàn)了較強(qiáng)的穩(wěn)定性。（3）由于采用特殊的工藝在合成時(shí)配入了一定比例的熔融石英及其他一些微量元素，因此在燒結(jié)后，其耐火層真氣孔率高，能提高模殼的透氣性，有利于型殼澆注后潰散清砂。（4）抗熱震性。復(fù)晶砂、粉有著良好的抗渣蝕能力，并且在抗熱震方面也具有不俗的表現(xiàn)。制殼應(yīng)用中也能夠讓此特點(diǎn)予以充分展現(xiàn)，并推動(dòng)制殼工藝優(yōu)化。

2 復(fù)晶砂、粉應(yīng)用優(yōu)勢

復(fù)晶砂、粉在硅溶膠制殼中可以有效地提高產(chǎn)品的質(zhì)量性能。在應(yīng)用過程中（如圖2所示）具體優(yōu)勢包括以下幾個(gè)方面：一是具有良好的透氣性，有利于脫殼處理易清砂，清理的過程變得更加容易便捷；二是使用復(fù)晶砂粉，對(duì)于需要做蓋箱處理的傳統(tǒng)鑄件，不用再進(jìn)行蓋箱操作，可以有效的將氧化作用隔離，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用步驟的簡化，也讓復(fù)晶砂、粉應(yīng)用效率更高；三是相比其他材料，復(fù)晶砂粉的質(zhì)量比重輕，在鑄件的生產(chǎn)制造中使用的重量較少，節(jié)省了材料成本，也讓鑄件的應(yīng)用范圍拓展；四是具有的純度高能夠有效地抑制鑄件表面黑斑的產(chǎn)生，讓鑄件的制作質(zhì)量更高；五是礦產(chǎn)資源豐富，經(jīng)人工合成后，質(zhì)量穩(wěn)定一致性好，并達(dá)到較高質(zhì)量穩(wěn)定性。六是復(fù)合粉沒有放射性，有利于人體健康和環(huán)境保護(hù)，與我國當(dāng)前所倡導(dǎo)的綠色理念相一致。

3 復(fù)晶砂、粉在硅溶膠制殼中的實(shí)踐

3.1 選擇試驗(yàn)對(duì)像

根據(jù)鑄件的大小、材質(zhì)、工藝和需要解決的不穩(wěn)定因素等多方面資料進(jìn)行分類整理，從眾多在制品中挑選出具有代表性的產(chǎn)品，此次試驗(yàn)的鑄件包括：前端板、拐臂、夾具、外輪、異形排氣管接頭等鑄件。這些鑄件所澆注的合牌金號(hào)分別是45#普碳鋼、40Cr低合金鋼、2Cr13馬氏體不銹鐵、9Cr18Mo高碳鉻不銹鋼和430鐵素體不銹鋼。鑄件重量從幾十克到幾千克大小不等，但原常規(guī)制殼工藝生產(chǎn)均用鋯英粉、砂做制殼面層材料，型殼在澆注時(shí)也都需要蓋箱操作，都存在著有時(shí)澆注后因蓋箱不到位而表面麻點(diǎn)氣孔和黑斑現(xiàn)象致鑄件報(bào)廢，并且前端板、異形排氣管接頭也存在清砂困難的問題。故選用這5類鑄件進(jìn)行試驗(yàn)分析。

3.2 制定制殼方案

根據(jù)復(fù)晶砂、粉比重輕、蠟?zāi)鞚{后呈白色，漿料流動(dòng)速度快、干燥速度快等性能差異于鋯英砂、粉，特制定適合于復(fù)晶砂、粉的漿料配比和干燥工藝參數(shù)，詳見表1。

3.3 確定焙燒澆注方案

為了盡快掌握復(fù)晶砂、粉的正確使用方法，并體現(xiàn)其不蓋箱的優(yōu)勢，在焙燒澆注工序也需相應(yīng)配合，保證模殼充分燒透，減少鋼液澆注時(shí)從面層中析出水蒸氣造成毛刺、鐵豆、沾砂等不良，也單獨(dú)制訂了焙燒澆注工序的工藝參數(shù)表，生產(chǎn)按此要求進(jìn)行操作，詳見表2。

3.4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

在此次實(shí)驗(yàn)中所澆注的鑄鋼材料，在澆注進(jìn)行作業(yè)后，若無還原氣體保護(hù)的情況下，鑄件鋼液容易受到氧化侵蝕，容易在鑄件表面以黑斑的狀態(tài)呈現(xiàn)，經(jīng)拋丸處理去除黑斑后，鑄件表面都是小小的凹坑和麻點(diǎn)，從而影響了鑄件的美觀和質(zhì)量。但通過此次對(duì)比實(shí)驗(yàn)，用復(fù)晶砂、粉做面層材料制殼的鑄件，澆注時(shí)沒有蓋箱，鑄件表面光滑漂亮，符合產(chǎn)品外觀質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

夾具、外輪等鑄件，由于產(chǎn)品屬于薄壁小件，平時(shí)在澆注作業(yè)中對(duì)模殼的透氣性要求較高，而鋯英砂、粉面層模殼的表面密度大，透氣性較差，在澆注時(shí)型殼內(nèi)排氣不暢，容易導(dǎo)致鑄件本體局部邊緣澆不完整的現(xiàn)象。由于復(fù)晶砂、粉中含有大量的，密度輕，且含有其他微量元素，故在進(jìn)行焙燒后，其內(nèi)部的空隙會(huì)比較大，具有的透氣性也比較好，因此對(duì)于解決小件產(chǎn)品排氣不暢而澆不完整的缺陷是一個(gè)有效的運(yùn)用方法。在實(shí)際澆注后數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，鑄件澆不完整的報(bào)廢率為零，利于降低澆注工序報(bào)廢率。

復(fù)晶砂、粉在人工合成過程中，經(jīng)過高溫鍛燒和相變，因此其再經(jīng)過模殼二次焙燒后，潰散性好，且其制殼干燥速度快，窄槽、深長孔類鑄件內(nèi)腔利于干燥處理，能夠保證在較短的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)模殼的干燥處理，并且氧化鋁在高溫下具有穩(wěn)定的表現(xiàn)力，使型殼具有足夠的強(qiáng)度，內(nèi)腔不容易產(chǎn)生漏鋼和夾鐵缺陷。因此，將復(fù)晶砂、粉運(yùn)用于深孔窄槽的制殼作業(yè)中，能體現(xiàn)其干燥速度快，均勻，澆注后有較強(qiáng)的潰散性，從而有利于模殼的清砂處理等優(yōu)點(diǎn)。

3.5 結(jié)論

本文以具體的鑄件作為試驗(yàn)對(duì)象，主要驗(yàn)證了復(fù)晶砂、粉在生產(chǎn)制造精密鑄鋼件硅溶膠制殼的應(yīng)用過程中容易出現(xiàn)的不足和缺陷，從而得出以下結(jié)論：

第一，復(fù)晶砂、粉可以有效防止普通碳鋼類、低合金鋼類、鐵素體、馬氏體不銹鋼類材料表面出現(xiàn)黑斑和表面氣孔麻點(diǎn)等現(xiàn)象有著非常顯著的效果，鋼液澆注后可以不用蓋箱處理，減少了生產(chǎn)工序。

第二，應(yīng)用復(fù)晶砂、粉來進(jìn)行深長孔、窄槽和復(fù)雜內(nèi)腔鑄件的生產(chǎn)作業(yè)，對(duì)于鑄件由于制殼工序干燥不良所導(dǎo)致的漏鋼夾鐵現(xiàn)象得到了較大的改善，且利于清砂處理。

第三，復(fù)晶砂、粉的材料按目前市場售價(jià)格統(tǒng)計(jì)，比鋯英砂、粉價(jià)格要低，且其密度小比重輕，做相同鑄件的型殼，面層消耗的材料也要少約20%左右，節(jié)源了原材料，降低了面層制殼生產(chǎn)成本。

4 結(jié)語

通過以上試驗(yàn)可以得出結(jié)論：復(fù)晶砂、粉在硅溶膠精密鑄造面層制殼的生產(chǎn)作業(yè)中具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢，其具有的特點(diǎn)和化學(xué)性能有效的解決了長期困擾硅溶膠型殼生產(chǎn)的技術(shù)難題，將鑄件表面麻點(diǎn)、氣孔等現(xiàn)象起到了良好的降低和控制作用，改善了鑄件清砂困難，屬于硅溶膠精密鑄造面層制殼生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用的突破，是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠高效的面層耐火材料，具有較為廣闊的應(yīng)用空間。

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