熔模鑄造型殼缺陷分析

潘玉洪

水玻璃型殼常見的缺陷有裂紋、變形、鼓脹，蟻孔、蠕孔及氣孔等，現(xiàn)分析如下。

一、型殼裂紋

型殼裂紋有兩種情況，一是澆口杯產(chǎn)生裂紋，如圖1所示；二是型殼表面產(chǎn)生裂紋，如圖2所示。

澆口杯裂紋特征：型殼的澆口杯有裂紋，嚴(yán)重時(shí)澆口杯開裂。

型殼表面裂紋：在型殼的表面上有彎曲的、深淺不等的裂紋。

1. 產(chǎn)生原因

（1）涂料中水玻璃的模數(shù)、密度過高或過低；涂料中的粉液比過低；或硬化劑的濃度、溫度和硬化時(shí)間不當(dāng)，硬化不充分；或型殼在硬化前的自然風(fēng)干時(shí)間不夠，不利于硬化劑的繼續(xù)滲透硬化，影響了硅凝膠的連續(xù)性和致密性；或型殼的層數(shù)不夠等原因，導(dǎo)致型殼的強(qiáng)度低，出現(xiàn)了裂紋。

（2）涂料層涂掛的不均勻，或撒砂層厚薄不均，尤其是浸涂料后沒有撒上砂的部位，硅凝膠在收縮時(shí)受力不均勻，導(dǎo)致型殼產(chǎn)生裂紋。

（3）脫蠟液的溫度低，脫蠟時(shí)間太長(zhǎng)。由于蠟料的熱膨脹系數(shù)大于型殼的熱膨脹系數(shù)，脫蠟緩慢將導(dǎo)致型殼在脫蠟的過程中受到各種應(yīng)力的作用，如果超過此時(shí)型殼的強(qiáng)度極限，就會(huì)產(chǎn)生裂紋，甚至開裂。

（4）焙燒時(shí)，型殼入爐溫度高，升溫過快，或高溫出爐急冷；或型殼多次焙燒，產(chǎn)生微裂紋，甚至裂紋，降低了強(qiáng)度；或型殼的高溫強(qiáng)度低，使型殼在焙燒時(shí)產(chǎn)生裂紋。

（5）清理澆口杯時(shí)，機(jī)械損傷澆口杯。

2. 防止措施

（1）采用下列措施，型殼的高溫強(qiáng)度就高。①水玻璃的模數(shù)M=3.0～3.4，密度ρ=1.30～1.33g/cm3，配制成加固層涂料。②采用合理的涂料配制工藝，并執(zhí)行涂料的“配比-溫度-黏度”曲線。③采用合理的硬化工藝，控制硬化劑的“濃度-溫度-硬化時(shí)間”；或選用氯化鋁代替氯化銨硬化型殼。④合理的制殼工藝，如涂料黏度與撒砂粒度的合理配合，硬化工藝參數(shù)要確保型殼充分硬化。⑤采取措施增加型殼強(qiáng)度，如常用的增加型殼層數(shù)，或采用復(fù)合型殼等，必要時(shí)大件型殼可用鐵絲加固。

（2）蠟?zāi)＝霗z驗(yàn)合格的涂料中，上下移動(dòng)和不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)，提起后滴去多余的涂料，使涂料均勻地覆蓋在模組的表面上。不能出現(xiàn)涂料的局部堆積或缺少涂料（漏涂），并及時(shí)、均勻撒砂。

（3）適當(dāng)提高脫蠟液的溫度，控制在95～98℃；縮短脫蠟時(shí)間，以15～20min、不超過30min為宜。水玻璃型殼脫蠟的要點(diǎn)：高溫快速。必要時(shí)，改進(jìn)脫蠟方法。

（4）選用合理的焙燒工藝，氯化銨硬化的型殼焙燒溫度為850～900℃，時(shí)間0.5～2h；并嚴(yán)格執(zhí)行。必要時(shí)，采用階段升溫或冷卻，型殼焙燒不能超過兩次。

焙燒良好的型殼呈白色、粉白色或粉紅色；焙燒不良的型殼呈深色或深灰色，表示型殼殘留較多的碳分。

（5）清理澆口杯時(shí)應(yīng)仔細(xì)，避免機(jī)械損傷，必要時(shí)可改進(jìn)澆口杯的結(jié)構(gòu)。

二、型殼變形

特征：型腔的尺寸不符合圖樣要求，如圖3所示。

1. 產(chǎn)生原因

（1）型殼高溫強(qiáng)度低，其抗高溫變形能力也低。型殼變形大部分是在脫蠟、焙燒或澆注過程中產(chǎn)生的。澆注時(shí)，靠近澆口的高溫有可能使型殼發(fā)生變形。

（2）涂料的黏度大，涂層過厚，涂料堆積；或硬化液濃度低，溫度低，硬化時(shí)間短，硬化不足等原因，導(dǎo)致型殼的強(qiáng)度低。

（3）脫蠟液的溫度低，脫蠟時(shí)間太長(zhǎng)。由于蠟料的熱膨脹系數(shù)大于型殼的熱膨脹系數(shù)，脫蠟緩慢將導(dǎo)致型殼在脫蠟的過程中受到各種應(yīng)力的作用，使型殼在脫蠟過程中變形。

（4）中小件型殼的焙燒溫度過高、焙燒時(shí)間過長(zhǎng)，或冷卻過快，或焙燒時(shí)擺放不當(dāng)（堆壓、擠壓），使得支撐受力不平衡等原因，引起局部變形。

（5）焙燒爐不能滿足工藝要求。

（6）焙燒與澆注配合不當(dāng)，型殼在焙燒后的熱態(tài)時(shí)，強(qiáng)度較高。溫度下降時(shí)，強(qiáng)度隨之下降。如型殼在冷態(tài)下澆注，型殼急劇升溫?zé)崤蛎浵禂?shù)大，導(dǎo)致型殼變形。

2. 防止措施

（1）下列因素的合理匹配與控制，就可以適當(dāng)?shù)靥岣咝蜌さ母邷刈冃慰沽Γ孩偎ＡУ哪?shù)M=3.0～3.4，密度ρ=1.30～1.33g/cm3配制的加固層涂料。②合理選用硬化劑，氯化鋁硬化的型殼比氯化銨硬化的型殼好。③鋁硅系粉、砂，代替硅粉、砂。④制殼工藝。如涂料黏度與撒砂粒度的合理配合，硬化工藝參數(shù)要確保型殼充分硬化。⑤ 焙燒和澆注的合理配合，防止型殼在冷態(tài)下澆注。⑥采用復(fù)合型殼，如水玻璃與硅溶膠型殼，水玻璃與硅酸乙酯型殼等。

（2）掌握、運(yùn)用、控制涂料的“配比-黏度-溫度”關(guān)系曲線，注意涂掛操作，使涂層均勻地覆蓋；控制硬化液的濃度、溫度和硬化時(shí)間，使型殼充分硬化。

（3）型殼停放12～24h再脫蠟。選擇合理的脫蠟工藝，脫蠟液的溫度控制在95～98℃，脫蠟時(shí)間為15～20min，不超過30min。型殼在脫蠟過程中應(yīng)正確擺放。

（4）選擇合理的焙燒工藝，氯化銨硬化的型殼焙燒溫度為850～900℃，時(shí)間0.5～2h；注意型殼在焙燒過程中的擺放，避免型殼彼此擠壓；控制焙燒出爐的冷卻速度等。

焙燒良好的型殼呈白色、粉白色或粉紅色。

（5）加強(qiáng)焙燒爐的定期檢測(cè)和日常維護(hù)保養(yǎng)，使其滿足焙燒工藝要求。

三、型殼鼓脹

特征：型殼整體鼓脹，或局部涂層鼓脹。型芯鼓脹，如圖4所示；型殼內(nèi)表面鼓脹，如圖5所示。

1. 產(chǎn)生原因

（1）型殼分層的各種原因：①水玻璃模數(shù)高，或涂料的黏度大；操作不當(dāng)，或撒砂時(shí)間控制不當(dāng)，使涂料或型砂局部堆積，以及硬化不良等原因。②面層硬化前的自然風(fēng)干時(shí)間太長(zhǎng)，與第二層涂料潤(rùn)濕而結(jié)合不好。③涂料撒砂后，表面有浮砂；或面層砂的粒度過細(xì)，砂中粉塵過多或砂粒受潮含水分過多，導(dǎo)致第二層涂料與面層砂結(jié)合不牢。④面層硬化后晾干的時(shí)間短，型殼局部表面殘留過多的硬化液等原因。

（2）型殼抗高溫變形能力低的原因：①型殼高溫強(qiáng)度低，其抗高溫變形能力也低。型殼鼓脹大部分是在脫蠟、焙燒或澆注過程中產(chǎn)生的。②涂料的黏度大，涂層過厚，涂料堆積，或硬化液濃度低，溫度低，硬化時(shí)間短，硬化不足等原因，導(dǎo)致型殼強(qiáng)度低，抗高溫變形能力也低。

（3）脫蠟液的溫度低，脫蠟時(shí)間太長(zhǎng)。

（4）中小件型殼的焙燒溫度過高、焙燒時(shí)間過長(zhǎng)，或冷卻過快，焙燒時(shí)擺放不當(dāng)（堆壓、擠壓）等原因。

（5）焙燒與澆注配合不當(dāng)，如型殼在冷態(tài)下澆注，型殼急劇升溫?zé)崤蛎浵禂?shù)大，導(dǎo)致型殼鼓脹。

2. 防止措施

（1）防止型殼分層的各種措施：①控制制殼場(chǎng)地的溫度保持在22～26℃為宜，適當(dāng)降低涂料黏度，增加其流動(dòng)性，必要時(shí)在涂料中適當(dāng)添加表面活性劑，改善涂料的涂掛性、覆蓋性。注意操作方法，即型殼浸入涂料中，要上下移動(dòng)和不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)，提起后滴去多余的涂料，使涂料均勻地涂掛和覆蓋在型殼的表面上，立即撒砂，不能出現(xiàn)涂料或型砂的局部堆積，并充分硬化。②型殼硬化前應(yīng)自然風(fēng)干一定的時(shí)間，一般選用15～40min，以型殼“不濕不白”為宜。硬化后要進(jìn)行晾干，使型殼繼續(xù)進(jìn)行滲透硬化，硬化的更加充分。③檢驗(yàn)型砂的粒度和粉塵含量（≤0.3%），控制型砂在使用中的濕度應(yīng)≤0.3%，并及時(shí)清除型殼上多余的浮砂，面層撒砂的粒度不要過細(xì)，粒度以0.450～0.224mm（40/70目）為宜。

（2）防止型殼變形的各種措施：①選擇合適的水玻璃模數(shù)和密度，選用涂料合理的粉液比、黏度和溫度，用鋁硅系粉砂代替硅粉砂；選用合適的硬化劑及合理的硬化工藝參數(shù)，控制硬化液的濃度、溫度和硬化時(shí)間，使型殼充分硬化。②注意涂掛操作，使涂層間均勻地覆蓋。③型殼停放12～24h再脫蠟，脫蠟液的溫度控制在95～98℃，脫蠟時(shí)間為15～20min，不超過30min。④氯化銨硬化的型殼焙燒溫度為850～900℃，時(shí)間0.5～2h，并控制焙燒出爐的冷卻速度等。

總之，選用合理的涂料工藝、制殼工藝、焙燒與澆注工藝，或采用復(fù)合型殼等，以提高型殼抗高溫變形能力

四、蟻孔

特征：型殼的內(nèi)表面上有分散或密集的小孔洞，如圖6、圖7所示。

圖6 蟻孔（粉液比1:0.8）

圖7 型腔內(nèi)，均在蠟?zāi)さ纳喜慨a(chǎn)生蟻孔

1. 產(chǎn)生原因

（1）配制面層涂料時(shí)，涂料中的粉液比太低（≤1∶0.8）。在正常使用溫度下，涂料的黏度低（涂料在粉液比相同的條件下，其黏度隨著溫度的提高而降低），蠟?zāi)Ｉ系耐苛蠈犹。鎸由暗牧６容^大，尤其是使用沸騰法撒面層砂時(shí)，砂粒易穿透涂料層，在型腔形成蟻孔。

（2）蠟?zāi)Ｖ械挠仓岷窟^低，或蠟?zāi)Ｔ谕繏烨皼]有進(jìn)行表面脫脂處理，降低了蠟?zāi)５臐?rùn)濕性和涂掛性。

（3）涂料對(duì)蠟?zāi)５臐?rùn)濕性差、涂掛性差。

（4）蠟?zāi)＝M裝不當(dāng)，或涂掛面層的浸涂、撒砂方法不當(dāng)，或控料時(shí)間太長(zhǎng)，使模組的中、上部局部涂料層太薄（見圖7），甚至沒有涂料層，易使型腔產(chǎn)生局部蟻孔。

2. 防止措施

（1）配制面層涂料時(shí)，在專用配料桶中，不斷攪拌水玻璃、潤(rùn)濕劑，再緩緩加入粉料；當(dāng)水玻璃模數(shù)為3.0～3.4，密度為1.25～1.28g/cm3時(shí)，粉液比為1∶1.0～1.3為宜。充分?jǐn)嚢韬蟮耐苛弦M(jìn)行8～12h的回性處理；再選用相應(yīng)的面層砂粒度，一般選用粒度0.355～0.154mm（50/100）或0.450～0.224mm（40/70目）的硅砂；面層砂應(yīng)使用雨淋法撒砂。

（2）蠟料中的硬脂酸含量不能低于50%，可以適當(dāng)提高硬脂酸的含量（一般為5%～10%），以利于提高蠟?zāi)５臐?rùn)濕性，改善蠟?zāi)５耐繏煨浴?/p>

模組浸涂前要用脫脂液（濃度為質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.3%表面活性劑或中性軟肥皂水溶液）去除蠟?zāi)１砻鏆埩舻姆中蛣┗蛎撃愿纳葡災(zāi)１砻鎸?duì)涂料的潤(rùn)濕能力，改善涂料的覆蓋性，以提高型殼的表面質(zhì)量。

（3）在面層涂料中加入適量（一般為粘結(jié)劑質(zhì)量的0.1%～0.3%）的表面活性劑（如農(nóng)乳130，或JFC），以利于降低涂料的表面張力，增加涂料對(duì)蠟?zāi)５臐?rùn)濕作用，改善涂掛性。

由于涂料中加入表面活性劑后，在攪拌過程中易產(chǎn)生氣泡，所以應(yīng)加入消泡劑（常用有機(jī)硅樹脂系消泡劑，加入量為粘結(jié)劑質(zhì)量的0.05%～0.1%）。

（4）改進(jìn)蠟?zāi)＝M裝，注意型殼面層的涂掛操作，使涂料均勻、完整地覆蓋在蠟?zāi)５谋砻嫔希⒓皶r(shí)撒砂。

五、蠕孔

特征：型殼的內(nèi)表面上有分散的或密集的蠕蟲狀孔洞，如圖8、圖9所示。

1. 產(chǎn)生原因

（1）涂料中的粉液比過低，或蠟?zāi)Ｉ系耐苛蠈犹　?/p>

（2）產(chǎn)生“蟻孔”的影響因素大多同樣適用于蠕孔。

2. 防止措施

“蟻孔”的防止措施均適用于蠕孔。

六、氣孔

特征：型殼的內(nèi)表面留有氣泡的光滑孔洞，如圖10所示。

1. 產(chǎn)生原因

（1）面層涂料在攪拌過程中卷入過多氣體，攪拌后沒有進(jìn)行回性處理，或回性處理時(shí)間短。

（2）面層涂料中加入發(fā)泡較高的表面活性劑。

（3）面層涂料在攪拌過程中沒有加入消泡劑。

（4）面層涂掛操作不當(dāng)，在蠟?zāi)５睦饨翘幜粲袣馀荨?/p>

2. 防止措施

（1）配制面層涂料過程中應(yīng)控制攪拌速度，避免卷入或產(chǎn)生過多氣泡，充分?jǐn)嚢韬蟮耐苛弦M(jìn)行8～12h的回性處理，使氣體充分溢出。

（2）攪拌面層涂料時(shí)，應(yīng)加入發(fā)泡較低的潤(rùn)濕劑，常用農(nóng)乳130或JFC，加入量為水玻璃粘結(jié)劑的0.1%～0.3%。

（3）在配制面層涂料過程中應(yīng)加入消泡劑，加入量為水玻璃粘結(jié)劑的0.05%～0.10%。

（4）注意面層涂掛操作，必要時(shí)用毛刷刷涂，或用壓縮空氣吹除蠟?zāi)＠饨翘幍臍馀荨?/p>

七、結(jié)語

（1）提高水玻璃型殼的強(qiáng)度，是防止型殼裂紋、變形的有效措施。

（2）水玻璃涂料是一種非均勻、介穩(wěn)定的懸浮體。涂料應(yīng)保證型殼良好的性能，如強(qiáng)度、透氣性、熱穩(wěn)定性和脫殼性等，同時(shí)涂料又要具有良好的工藝性，如涂掛性、流動(dòng)性和分散穩(wěn)定性，以及懸浮穩(wěn)定性等。涂料的配比（粉液比）是防止型殼產(chǎn)生蟻孔和蠕孔的關(guān)鍵因素。

（3）合理的制殼工藝，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟僮饕?guī)程，適時(shí)的員工培訓(xùn)，必要的獎(jiǎng)懲制度是獲得優(yōu)質(zhì)型殼的保證。