＼｝ｊ、 种铸造及有色合金１ ９９６年第５期 陶瓷型精密铸造新工艺的研究 上海交通大学 镍小平 署春泉刘六法丁文江 ２忻 ／ 摘 要 分析了传统陶瓷型精密铸造工艺中存在的问豚，提出了用超声波搅拌配制硅酸乙酯无酒精水解液工艺，并简要 叙述了超声波搅拌的作用机理。试验证明，用超声波搅拌实现无酒精水解工艺是可行的，新的陶瓷型工艺可望在实际生产 中得到应用。 关键词：陶瓷型．无酒精水解超声波搅拌 糟鸯决 ，靛 Ａ Ｎｅｗ Ｃｅｒａｍｉｃ—Ｍｏｌｄ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｃａｓｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ Ｘｕ Ｘｉａｏｐｉｎｇ Ｚｈａｉ Ｃｈｕｎｑｎａｎ Ｌｉｕ Ｌｉｕｆａ Ｄｉｎｇ Ｗｅｎｊｉａｎｇ （Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖ． ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｔｈｒｏｕｇｈ ａｎａｌｙｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇ ｏｆ ｒｅａｄｉｔｉｏｎａｌ ｃｅｒａｍｉｃ—ｍｏｌｄ ｃａｓｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ，ａ ｎｅｗ ｃｅ ｒａｍｉｅ—ｃａｓｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｕｓｉｎｇ ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ ｗａｖｅ ｔｏ ｓｔｉｒ ｔｈｅ ａｌｃｏｈｏｌｌｅｓｓ ｅｔｈｙｌ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｈｙｄｒｏｌｙｓａｔｅ ｗａｓ ｄｅｖｅｌ ｏｐｅｄ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：Ｃｅｒａｍｉｃ—ｍｏｌｄ Ｃａｓｔｉｎｇ，Ａｌｃｏｈｏｌｌｅｓｓ Ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ，Ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ Ｗａｖｅ ｓｔｉｒ 传统的陶瓷型精密铸造（肖氏法），以硅乙酸酯作粘 结剂，使用前都要先把硅酸乙酯配制成水解液。硅酸乙 酯与水互不相溶，水解反应只能在两种液体的分层面上 进行，反应速度很慢，而且生成的硅溶胶不稳定，很快凝 聚成絮状沉淀 故传统的肖氏法水解工艺中要用酒精作 ・ 溶剂，酒精的配比量很大，约３５ 左右，使成本居高不 下。另外，陶瓷型脱模后应立即点火喷烧，否则酒精的大 量挥发使陶瓷型出现粗大裂纹而引起报废。 本试验应用超声波搅拌的新工艺，它能使液体剧烈 翻腾，硅酸乙酯和水被强制性地搅拌成悬浮溶液 超声 波搅拌另一个更主要的功能是能在液体中产生很多小 的气泡，这是普通机械搅拌做不到的。假设气泡只在微 表ｌ试验材料成分配比单位：ｎＩＩ ａ．水解工艺；先将水和盐酸配制成酸化水，加入到 硅酸乙酯中，再加入硼酸甘油，用超声波搅拌，约５ｒａｉｎ 后溶液温度上升很快，读数很快达到７０ Ｃ，即使水浴冷 却也降不下来，水解液中出现凝胶沉淀。 ｂ．试验结果分析：硅酸乙酯水解时加入０．５％盐 酸作催化剂是参照肖氏法水解工艺要求的，但由于超声 波的强力搅拌作用，水解液升温太快，水浴冷却已不能 满足降温要求。可减少催化剂的加入量。 １．２试验方案Ｂ 试验材料成分见表２。 表２试验材料成分配比单位：ｍＩ 滴内部生成，则硅酸乙酯微滴和水微滴都被扩成一个个 气球”．实际效果相当于硅酸乙酯和水以薄膜相接触， 人工实现了两者的无限互溶，再加上催化剂的作用，硅 ， 酸乙酯的水解反应就能顺利进行。 １ 硅酸乙酯无酒精水解工艺试验。 ａ．水解过程：按试验Ａ所述方法进行超声波搅拌， １ １试验方案Ａ 试验材料成分见表１。 徐小平，上海（２０００３０） 收稿日期；ｌ９９６—０４一ｚ２ 液体中产生大量微泡，约１０ ａｉｒｎ后，水解液渐渐呈乳 可形成氧化物，这些氧化物有低熔点的（如ＡｓｚＯ ， 化。吹入惰性气体．只能将已形成氧化物的杂质排除，不 能排除溶解在铜渣内的杂质。此外，焦炭中的硫也可通 过炉气进入铜液，吹氧也能排除。吹氧使回炉料中的锡 有所损耗，但吹氧时间很短，损耗大约仅５ 左右。 （编辑：袁振国） ４３ ｓｂ ｏ ，Ｂｉ ｏ。，Ｐｂｏ熔点分别为３ｌ ５℃，５６５ ｃ，８８８℃， ８６０ Ｃ），也有高榕点的（如Ａｌ ０。．ＦｅＯ，熔点分别为２ ０００℃，１ ４２０℃） 低熔点氧化物呈液态存在，在氧气 的强烈搅动下．互相碰撞长大，上浮排入渣中，高熔点的 氧化物，吸附在氧气泡壁被气泡带出。因而，铜液得到净 白色，反应温度能较方便地控制在４０￣５０ 、之间．继续 现结胶苗子，７．５ ｍｉｎ开始硬化，６０ ｍｉｎ可以脱模，接近 搅拌１ ～３０ ｍｉｎ情况不变，温度始终没有降下来．停止 表３试验材料成分配比殛数据记录 搅拌后，水解液冷却至室温，此时水解液无色无沉淀，将 水解液装八瓶中存放并观察，存放时间超过一个月仍能 保持液态。周围的水解液暴露在空气中，一天左右即完 全结胶。 ｂ．试验结果分析：从水解反应温度能很快达到４ｏ 肖氏法工艺性能，试样不经喷烧也没有出现裂纹，表明 ～５ｏ（１来看，反应速度并不慢，为什么超声波搅拌达３０ 此配方已达到实用程度。 ｍｉｎ甚至更长时间，温度仍不下降？难道水解反应还没 结束？我们知道，超声波实际上是一种能量，这个能量通 ３ 应用实例 过超声波探头传递给水解液转化为机械能，引起水解液 以子午轮胎模具（实验模型）为试验对象用表３序 的剧烈翻腾，液体与液体之间，液体与器壁之间相互摩 号３成分配制的陶瓷浆料灌注陶瓷型，经焙烧、浇注，成 擦，机械能又转化为热能，加上超声渡探头在工作过程 功地得到了精密铸件。 中发热，这个热量又传递给水解液，温度始终降不下来， ４结论 并不表明水解反应没有进行到底 仍按表２所给成分配 硅酸乙酯无酒精水解液可替代肖氏法水解液作陶 制水解液，超声波搅拌１５ ｒａｉｎ后装瓶待用，此时水解液 瓷型的粘结剂 其配方（体积比）为硅酸乙酯（浓度３８ 的ｐＨ值在３～４之间。 ～４０ ）５５ ，工业蒸馏水４５ ，盐酸（工业纯）０．３ ， 硼酸甘油（１：１０）０．６ ，水解工艺为超声波搅拌１ ５ ２陶瓷浆料滴定试验 ｍｉｎ以上，水解反应温度应控制在４０～５０℃。用密封不 陶瓷浆料成分及试验记录见表３。 透光容器在阴凉处贮存。 试验结果分析：序号１陶瓷浆料中未加胶凝催化 用３２０目铝矾土１００份，氧化镁０．１ ５份，水解液 剂，长时间没有出现胶凝迹象，说明这种成分的浆料可 ５０份配制的陶瓷型可成功地浇注出精密铸件 以存放，短时间内不会结胶。序号３陶瓷浆料６ ｒａｉｎ出 （编辑：张振斌） （上接第２８页） 显的优点。在试验缸套的横截面上沿径向的组织差异很 铺展运动，再加上强烈的激水冷却作用，易于在凝固过 小｛而在原工艺中由于采用金属型薄涂层和外表水冷工 程中造成层牡组织。在新工艺条件下虽然铸件很“厚” 艺，横断面径向呈现很大的温度梯度，容易出现外表过 （缸套长度），但未发现这一现象。这是因为在轴向离心 硬而内层晶粒粗大、硬度较低甚至缩孔（松）等问题。从 铸造条件下，铁水在充填铸型的过程中各部分之间的相 轴向组织均匀性看，在优化的新工艺中缸套外端不存在 对运动较少，不具备产生层状组织的质量传输条件；同 传统工艺中易出现的冷硬问题；而在内端由于轴向温度 时由于与离心力场成垂直方向的层流运动减少，使得温 场有利于顺序凝固和直浇口底窝的补缩作用，缸套组织 度场较为均匀，也使得在浇注充填过程中形成的氧、硫 致密、无缩孔（松）缺陷；并且由于原铁水碳当量低，又有 化物向自由表面浮出的阻力（干扰）减少，这不仅有利于 良好的孕育与铜、铬合金化作用，沿纵向的组织均匀性 成分、组织的均匀，也有利于二次夹杂与溶渣、气体的排 也很好，内端与外端的石墨形态大小、共晶团数、球光体 除。 量差别较小。由于在离心力作用下铁水浇注充填的速度 ５结论 大，铁水对内浇口附近型腔的过热时间短，并且铁水落 试验研究初步表明：应用轴向离心铸造工艺生产汽 点随着液面变化，物理热节分散．在气缸套内端并未发 缸套，可以合理地利用离心力场的精炼、补缩作用，克服 现组织明显粗大与硬度降低的现象。另外也没有发现石 传统工艺在利用离心力场上的不足；有利于改善汽缸套 墨在气缸套内端头聚集，显然这是由于铁水是亚共晶成 主要工作表面与缸套整体的铸造质量与金相组织，提高 分，在凝固过程中奥氏体率先结晶，随后在奥氏体枝晶 力学性能；并可一模多铸，减少内外表面加工余量，提高 间产生的“奥氏体一石墨”共晶团难以向内浮动所致。 铸件工艺出品率和铸造成品率，节约材料能源消耗，具 在传统离心铸造条件下，当缸套壁厚较大时常出现 有明显经济与社会效益。 层状偏析问题，这是由于在径向离心铸造条件下，金属 （编辑：袁振国） 液流头在充填型腔时沿模筒内表面呈层状重选的方式 ’ ． ． ’
