鑄造工業(yè)中常見的特種消失模鑄造技術(shù)

　　消失模鑄造是一種近無余量、   成形的新技術(shù)，它不需要合箱取模，使用無粘結(jié)劑的干砂造型，減少了污染，被認(rèn)為是21世紀(jì)   可能實現(xiàn)綠色鑄造的工藝技術(shù)。但消失模鑄造中由于泡沫模樣的存在，澆注溫度通常較高，容易產(chǎn)生粘砂、增碳、冷隔、氣孔和夾渣等鑄造缺陷，消失模鑄件的組織晶粒相對粗大，組織致密度不夠好，鋁鎂等有色消失模鑄件中縮孔、縮松缺陷較多，從而導(dǎo)致鑄件性能下降。如何提高消失模鑄造的充型能力、減少縮孔縮松缺陷、提高鑄件的組織致密度和力學(xué)性能、細(xì)化組織晶粒、消除各種消失模鑄造缺陷等，已是消失模鑄造技術(shù)研究發(fā)展的方向。
一、壓力消失模鑄造技術(shù)是消失模鑄造技術(shù)與壓力凝固結(jié)晶技術(shù)相結(jié)合的鑄造新技術(shù)，它是在帶砂箱的壓力灌中，澆注金屬液使泡沫塑料氣化消失后，迅速密封壓力灌，并通入   壓力的氣體，使金屬液在壓力下凝固結(jié)晶成型的鑄造方法。這種鑄造技術(shù)的特點是能夠顯著減少鑄件中的縮孔、縮松、氣孔等鑄造缺陷，提高鑄件致密度，改善鑄件力學(xué)性能。這是因為在加壓凝固時，外力對枝晶間液相金屬的擠濾作用和使初凝枝晶發(fā)生顯微變形，并且大幅提高了冒口的補縮能力，使鑄件內(nèi)部縮松得到改善。另外，加壓凝固使析出氫需   高的內(nèi)壓力才能形核形成氣泡，從而抑制針孔的形成，同時壓力增加了氣體在固相合金中的溶解度，使可能析出的氣泡減少。
二、真空低壓消失模鑄造技術(shù)是將負(fù)壓消失模鑄造方法和低壓反重力澆注方法復(fù)合而發(fā)展的一種新鑄造技術(shù)。該方法是將上涂料的泡沫塑料模樣埋入干砂，振動緊實造型，然后將砂箱迅速和帶升液管的低壓澆注系統(tǒng)連接密封，并向增鍋爐中通入干燥的壓縮空氣，金屬液在氣體壓力的作用下，沿升液管上升，進入砂箱底部澆道，此時打開消失模砂箱上的真空裝置，金屬液在低壓作用下上升使泡沫模樣氣化而填充模腔，模樣分解氣體被真空負(fù)壓抽走，澆注完成后保持壓力   時間至鑄件   凝固，解除金屬液面上的氣體壓力，使升液管中的未凝固金屬液流回增鍋中，推出砂箱，關(guān)閉真空，取出鑄件，真空低壓消失模鑄造技術(shù)的特點是：綜合了低壓鑄造與真空消失模鑄造的技術(shù)優(yōu)勢，在可控的氣壓下完成充型過程，大大提高了合金的鑄造充型能力；與壓鑄相比，設(shè)備投資小、鑄件成本低、鑄件可熱處理強化；而與砂型鑄造相比，鑄件的精度高、表面粗糙度小、生產(chǎn)率高、性能好；反重力作用下，直澆口成為補縮短通道，澆注溫度的損失小，液態(tài)合金在可控的壓力下進行補縮凝固，合金鑄件的澆注系統(tǒng)簡單有效、成品率高、組織致密；真空低壓消失模鑄造的澆注溫度低，適合于多種有色合金。
三、振動消失模鑄造技術(shù)是在消失模鑄造過程中施加   頻率和振幅的振動，使鑄件在振動場的作用下凝固，由于消失模鑄造凝固過程中對金屬溶液施加了   時間振動，振動力使液相與固相間產(chǎn)生相對運動，而使枝晶破碎，增加液相內(nèi)結(jié)晶核心，使鑄件   終凝固組織細(xì)化、補縮提高，力學(xué)性能改善。該技術(shù)利用消失模鑄造中現(xiàn)成的緊實振動臺，通過振動電機產(chǎn)生的機械振動，使金屬液在動力激勵下生核，達到細(xì)化組織的目的，是一種操作簡便、成本低廉、無環(huán)境污染的方法。相比之下，砂型鑄造過程中，如對鑄型施以機械振動，很容易把鑄型振垮；而在金屬型鑄造過程中，由于其冷速過快，振動對結(jié)晶的影響作用基本不大。研究表明不論機械振動、電磁振動，還是聲波和超聲波振動，對金屬都有顯著的細(xì)化作用，振動   大的作用是抑制柱狀晶和枝晶生長，形成小的等軸晶，因此，能顯著的提高鑄件的密度和機械性能。影響振動細(xì)化效果的因素有振動頻率、振動幅度、振動強度、振動位置、振動時刻和時間、振動方式等。
四、半固態(tài)消失模鑄造技術(shù)是消失模鑄造技術(shù)與半固態(tài)技術(shù)相結(jié)合的新鑄造技術(shù)，由于該工藝的特點在于控制液固相的相對比例，也稱轉(zhuǎn)變控制半固態(tài)成形TCSSM。由于鑄鐵的凝固溫度大約為1150℃、熔煉溫度為1500℃、一般砂型鑄造澆注溫度為1400℃~1450℃，如果采用半固態(tài)消失模鑄造方法，可以將鑄鐵的澆注溫度設(shè)在1250℃(僅僅高于結(jié)晶溫度100℃)左右進行消失模鑄造澆注，從而   控制液相收縮、相變收縮、石墨化膨脹、凝固變形和氣體夾雜等。TCSSM工藝通過降低鑄鐵澆注溫度，液相收縮大大降低，液相收縮和凝固收縮可以由石墨化膨脹相抵消。因此不需要冒口即可獲得性能良好的鑄件。所以TCSSM技術(shù)特點是使鑄件具有高的尺寸精度、低宏觀偏析、高致密度、高的機械性能的特點。
五、消失模殼型鑄造技術(shù)是熔模鑄造技術(shù)與消失模鑄造結(jié)合起來的新型鑄造方法。該方法是將用發(fā)泡模具制作的與零件形狀一樣的泡沫塑料模樣表面涂上數(shù)層耐火材料，待其硬化干燥后，將其中的泡沫塑料模樣燃燒氣化消失而制成型殼，經(jīng)過焙燒，然后進行澆注，而獲得較高尺寸精度鑄件的一種新型精密鑄造方法。它具有消失模鑄造中的模樣尺寸大、精密度高的特點，又有熔模精密鑄造中結(jié)殼精度、強度等優(yōu)點。與普通熔模鑄造相比，其特點是泡沫塑料模料成本低廉，模樣粘接組合方便，氣化消失容易，克服了熔模鑄造模料容易軟化而引起的熔模變形的問題，可以生產(chǎn)較大尺寸的各種合金復(fù)雜鑄件。 消失模殼型鑄造技術(shù)的應(yīng)用很早就開始，前蘇聯(lián)為了生產(chǎn)大型熔模鑄件，提高鑄件精度，在上世紀(jì)七十年代采用泡沫聚酯作為模料，這種材料與傳統(tǒng)的熔模材料相比，具有耐熱好、強度高、表面硬度高、且不需要熔失等優(yōu)勢，可以在殼型焙燒時將它燒掉。消失模殼型鑄造技術(shù)中的關(guān)鍵在于殼型材料和工藝。
六、消失模懸浮鑄造技術(shù)是消失模鑄造工藝與懸浮鑄造結(jié)合起來的一種新型實用鑄造技術(shù)。該技術(shù)工藝過程是金屬液澆入鑄型后，泡沫塑料模樣氣化，夾雜在冒口模型的懸浮劑(或?qū)腋┓胖迷谀幽程囟ㄎ恢?，或?qū)腋┡cEPS一起制成泡沫模樣)與金屬液發(fā)生物化反應(yīng)從而提高鑄件整體(或部分)組織性能。該方法發(fā)明于前蘇聯(lián)，發(fā)展和成熟于   和日本。目前主要應(yīng)用范圍是型內(nèi)局部合金化、型內(nèi)孕育與球化、成型金屬基復(fù)合材料等。型內(nèi)局部合金化是在鑄型內(nèi)某些有特殊要求的部位設(shè)法改變合金的局部成分而不改變其他部位的成分。由于消失模鑄造技術(shù)成本低、精度高、設(shè)計靈活、清潔環(huán)保、適合復(fù)雜鑄件等特點，符合新世紀(jì)鑄造技術(shù)發(fā)展的總趨勢，有著廣闊的發(fā)展前景；但消失模鑄造過程中，采用干散砂緊實、冷卻速度相對較慢，消失模鑄件的組織較粗大，鋁鎂合金中縮孔、縮松嚴(yán)重，故鑄件性能較低。
特種消失模鑄造技術(shù)是消失模鑄造技術(shù)與其他技術(shù)復(fù)合而成的新技術(shù)，各有其技術(shù)特點和應(yīng)用前景。壓力消失模鑄造技術(shù)可顯著提高消失模鑄件致密度，減少氣孔、縮松等缺陷；真空低壓消失模鑄造技術(shù)可以使充型平穩(wěn)、金屬液體補縮好；振動消失模鑄造技術(shù)可使鑄件組織細(xì)化、減少縮孔等；半固態(tài)消失模鑄造技術(shù)可以提高鑄件致密度、減少偏析、提高尺寸精度和鑄件性能；消失模殼型鑄造技術(shù)可以生產(chǎn)大型精密鑄件、減少夾雜、提高尺寸精度、降低澆鑄溫度；消失模懸浮鑄造技術(shù)可以改變鑄件內(nèi)部組織、提高鑄件性能、成形金屬基復(fù)合材料。上述特種消失模鑄造技術(shù)的研究及應(yīng)用是消失模鑄造技術(shù)發(fā)展的方向。各種特種消失模鑄造技術(shù)雖然有技術(shù)優(yōu)勢，但還存在很多工藝不成熟的地方，應(yīng)從理論和實踐上加強研究與開發(fā)工作。隨著它們在技術(shù)上的成熟，其應(yīng)用前景將非常廣闊。