熔模鑄造是以最終產(chǎn)品為摹本，將石蠟類(lèi)材料壓制成精確光潔的蠟?zāi)＃谙災(zāi)Ｉ贤糠蠖鄬幽突鸩牧�，待漿料干燥硬化后形成型殼，然后將凝固在型殼內(nèi)的蠟?zāi)Ｈ刍怪鞒觯賹⑿蜌け簾怪畧?jiān)固、干燥，最后再將熔化的液態(tài)金屬澆注入型殼中，液態(tài)金屬在型殼中冷卻、凝固后即成為精確光潔的鑄件。這種鑄造工藝可以生產(chǎn)出精密復(fù)雜、接近于產(chǎn)品最后形狀，可不加工或很少加工就可直接使用的金屬零部件或精美工藝品，所以，它是一種近凈形的金屬液態(tài)成形工藝。與砂型鑄造方法相比，具有以下特點(diǎn)：
1.鑄件尺寸精度高，表面粗糙度值低，可以實(shí)現(xiàn)少加工或無(wú)切削加工；
2.可以鑄造薄壁件或重量很輕的鑄件；特別適合鑄造帶有花紋、文字或溝槽類(lèi)的鑄件；
3.能夠鑄造特別復(fù)雜的鑄件，或?qū)⒈姸嗔慵M合、焊接。
中國(guó)是熔模鑄造技術(shù)的發(fā)源地之一。據(jù)考證，在距今2500年前的春秋時(shí)期就已出現(xiàn)了失蠟鑄造。1978年在湖北隨州出土的曾侯乙墓的尊和盤(pán)是早期失蠟鑄造的代表作。現(xiàn)代熔模鑄造工藝是在20世紀(jì)初期開(kāi)始形成。第二次世界大戰(zhàn)期間，由于國(guó)防、航空發(fā)展的需要，美、英等國(guó)首先采用熔模鑄造的方法生產(chǎn)噴氣渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片。進(jìn)入80年代以來(lái)，世界各地熔模鑄造的產(chǎn)量、產(chǎn)值、質(zhì)量，都有很大的增長(zhǎng)和提高，當(dāng)前熔模鑄造正向精密、大型、復(fù)雜、部件整鑄的方向發(fā)展。
我國(guó)的熔模鑄造是在50年代開(kāi)始應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，首先從航天、航空部門(mén)逐步發(fā)展到所有的工業(yè)部門(mén)中，得到廣泛的應(yīng)用。
中國(guó)大陸精鑄業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r
1.中國(guó)大陸精密鑄造行業(yè)的規(guī)模
中國(guó)大陸精鑄行業(yè)雖然在20世紀(jì)50年代中期已經(jīng)建立，并逐漸得到推廣應(yīng)用，但真正的飛速發(fā)展卻是在20世紀(jì)90年代初至今的十多年間，特別是最近幾年。目前，中國(guó)熔模鑄造有兩類(lèi)水平的工藝，第一類(lèi)企業(yè)采用中溫模料制模和硅溶膠或硅酸乙酯粘結(jié)劑制殼的熔模鑄造工藝，即國(guó)際通用的熔模鑄造工藝。第二類(lèi)為采用低溫模料和水玻璃粘結(jié)劑制殼工藝，其鑄件尺寸精度和表面粗糙度比第一類(lèi)差，達(dá)不到國(guó)際熔模鑄造水平。根據(jù)大陸的情況，還有采用中溫或低溫模料制模，表面層采用硅溶膠、加固層采用水玻璃制殼的復(fù)合工藝，能夠在保證較高的尺寸精度和表面質(zhì)量情況下降低成本。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2001年采用第一類(lèi)的廠家超過(guò)350家，年產(chǎn)量7.5萬(wàn)噸，年產(chǎn)值32.8億元；第二類(lèi)工藝生產(chǎn)廠家（包括復(fù)合工藝）超過(guò)1350家，年產(chǎn)量近20萬(wàn)噸，年產(chǎn)值15億元。而2002年，產(chǎn)量更達(dá)到32.1萬(wàn)噸，產(chǎn)值達(dá)到54.9億元。2002年的產(chǎn)量是1988年的6.4倍。而產(chǎn)值則是1988年3.3億的16.6倍。
2.工藝水平、鑄件質(zhì)量和產(chǎn)品類(lèi)別從用途和質(zhì)量水平看
目前我國(guó)精密鑄造生產(chǎn)的鑄件主要是：采用第一類(lèi)工藝生產(chǎn)的航空及燃?xì)廨啓C(jī)用鑄件，質(zhì)量達(dá)到國(guó)際水平，廠家有50家，年產(chǎn)量0.5萬(wàn)噸，年產(chǎn)值4億元；采用第一類(lèi)和復(fù)合工藝生產(chǎn)的商業(yè)用精鑄件，其質(zhì)量檢查項(xiàng)目和標(biāo)準(zhǔn)低于航空件，有300家左右，年產(chǎn)量7萬(wàn)噸，年產(chǎn)值28.8億元；采用第二類(lèi)工藝生產(chǎn)的尺寸精度和表面粗糙度要求低的熔模精鑄毛坯件，有1350家左右，年產(chǎn)量近20萬(wàn)噸，年產(chǎn)值15億元。從三種質(zhì)量水平鑄件的比重分布可以看出，水平高的航空精鑄件產(chǎn)量很少，僅占總產(chǎn)量的1.8%，一般商用精鑄件占25.6%，而且質(zhì)量還達(dá)不到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，水玻璃鑄件卻占總產(chǎn)量的72.6%.總體與美國(guó)、英國(guó)、歐日等先進(jìn)國(guó)家和地區(qū)熔模鑄件的市場(chǎng)結(jié)構(gòu)相比，有明顯的差距，高質(zhì)量的精鑄件比例還很低。
盡管如此，中國(guó)熔模鑄造工藝的各個(gè)環(huán)節(jié)還是有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，對(duì)熔模鑄造發(fā)展有較大影響的新材料、新工藝、新設(shè)備也很多，如水溶性型芯、陶瓷型芯、金屬材質(zhì)改進(jìn)、大型熔模鑄造技術(shù)、鈦合金熔模鑄造、定向凝固和單晶鑄造、過(guò)濾技術(shù)、熱等靜壓、快速成型技術(shù)、計(jì)算機(jī)在熔模鑄造中應(yīng)用以及機(jī)械化自動(dòng)化等技術(shù)發(fā)展使熔模鑄造不僅能生產(chǎn)小型鑄件，而且能生產(chǎn)較大鑄件，最大的熔模鑄件的輪廓尺寸已近2m，而最小壁厚卻不到2mm.同時(shí)熔模鑄件也更趨精密，除線(xiàn)性公差外，零件也能達(dá)到較高的幾何公差。熔模鑄件的表面粗糙度值也越來(lái)越小，可達(dá)到Ra0.4um.
3.配套業(yè)務(wù)逐步齊全
由于精鑄行業(yè)的飛速發(fā)展，帶動(dòng)了相關(guān)的配套業(yè)務(wù)的快速發(fā)展。主要表現(xiàn)在模具加工、設(shè)備制造、原輔材料生產(chǎn)。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，以加工設(shè)備為主的制造精鑄用模具的專(zhuān)業(yè)廠，已經(jīng)在精鑄廠集中的地區(qū)如廣東、山東和武漢等地形成，專(zhuān)用設(shè)備的制造廠林立；精鑄原輔材料生產(chǎn)廠和供應(yīng)商已經(jīng)發(fā)展到近百家，而且由于第一類(lèi)精鑄工藝生產(chǎn)所需的模料、鋯英粉、砂帶等輔料和一些先進(jìn)的設(shè)備尚不能?chē)?guó)內(nèi)生產(chǎn)，每年要從國(guó)外進(jìn)口數(shù)以千噸的原輔材料。但由于我國(guó)基礎(chǔ)工業(yè)和資源條件與其他發(fā)展中國(guó)家相比要好得多，因此，精鑄服務(wù)業(yè)發(fā)展的同時(shí)，還將向東南亞國(guó)家乃至世界延伸和發(fā)展他們的市場(chǎng)。
4.行業(yè)與國(guó)際水平間的差距和優(yōu)勢(shì)與國(guó)際熔模鑄造水平相比
中國(guó)的精鑄業(yè)應(yīng)用第一類(lèi)工藝生產(chǎn)的航空精鑄件產(chǎn)量很少，高質(zhì)量的精鑄件也不多，大多生產(chǎn)精度要求不高的管件、五金、馬具和汽車(chē)零件，合金種類(lèi)單一，特別是高溫合金和有色合金所占的比重太小，我國(guó)的精鑄水平還是十分落后。
但是，中國(guó)的勞動(dòng)力成本較低，原材料豐富，在產(chǎn)品價(jià)格上占有較大的優(yōu)勢(shì)，只要將產(chǎn)品質(zhì)量提高，在國(guó)際上仍有很大的競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，國(guó)內(nèi)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的興起，機(jī)械行業(yè)向精密化、小型化發(fā)展，以及建筑行業(yè)陸續(xù)出臺(tái)的一些法規(guī)和地方法規(guī)，用鑄銅和不銹鋼鑄件代替鑄鐵管件，為精鑄行業(yè)提供了前所未有的商機(jī)。
同時(shí)，中國(guó)民營(yíng)精鑄業(yè)的加盟和迅猛發(fā)展，為中國(guó)精鑄業(yè)注入了新鮮的活力，已經(jīng)成為國(guó)家精鑄業(yè)最強(qiáng)勁、也是最現(xiàn)實(shí)的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。這類(lèi)企業(yè)從80年代至90年代初，多以合資和獨(dú)資的形式，從臺(tái)灣、日本等地引進(jìn)料硅溶膠制殼工藝，主要分布在沿海及周邊地區(qū)，其產(chǎn)品大部分銷(xiāo)往國(guó)際市場(chǎng)，同時(shí)也由于其體制先進(jìn)、機(jī)制靈活、管理高效，所以效益非常好。雖僅有20多年的發(fā)展，但已成為中國(guó)大陸精鑄業(yè)承擔(dān)出口業(yè)務(wù)的生力軍。另一方面，由于其設(shè)備設(shè)施水平高，工藝和質(zhì)量水平在國(guó)內(nèi)屬先進(jìn)水平，基本上達(dá)到了國(guó)外的一般水平，有直接出口訂單和市場(chǎng)同盟，產(chǎn)品價(jià)值保持在較高的水平，基本與國(guó)際接軌。無(wú)論從技術(shù)水平還是從營(yíng)銷(xiāo)渠道上講，他們都是國(guó)資精鑄企業(yè)強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。而以東風(fēng)精密鑄造有限公司等廠家為代表的一部分第二、第三類(lèi)工藝企業(yè)近年來(lái)無(wú)論工藝技術(shù)水平、產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率正在加速向國(guó)際市場(chǎng)推進(jìn)，并將繼續(xù)為提升中國(guó)精鑄業(yè)水平積極努力。
近年來(lái)，用于低溫下的鑄鋼件日益增多，其中不少是低溫下的承壓件，這類(lèi)鑄件大都對(duì)低溫沖擊韌度有嚴(yán)格的要求。
在對(duì)鑄鋼件的種種要求中，對(duì)很多鑄鋼廠來(lái)講，最難的達(dá)標(biāo)的就是沖擊韌度。通常為提高沖擊韌度而采取的措施不外以下幾種：
◆降低含碳量；
◆適當(dāng)提高錳、碳比（Mn/c）；
◆加入合金元素，如Ni，Cr，Mo等；
◆降低含硫量；
◆減少鋼中的硫比物夾雜，改善硫化物夾雜的形態(tài)；
◆采用爐外精煉工藝；
◆改進(jìn)熱處理
上述各項(xiàng)措施中，改進(jìn)熱處理是應(yīng)當(dāng)重視的首選方案，因?yàn)椋?/P>
◆不導(dǎo)致鑄造工藝過(guò)程的重大調(diào)整；
◆不必添加設(shè)備；
◆生產(chǎn)成本增加很少。
1978年，E. G. Nisbett、R.D.ASP和D. E. Morgan等人發(fā)表了對(duì)鍛造碳鋼進(jìn)行雙相區(qū)熱處理的研究結(jié)果。核電站用的碳鋼鍛件，經(jīng)雙相區(qū)熱處理后，沖擊韌度約提高了兩倍，而抗拉強(qiáng)度只略有下降。
此后，加拿大的鑄鋼業(yè)界和歐洲的一些企業(yè)對(duì)鑄鋼的雙相區(qū)熱處理進(jìn)行了研究，也得到令人滿(mǎn)意的效果。
1.什么是雙相區(qū)熱處理
鑄件的雙相區(qū)熱處理，是在鑄件原實(shí)施的正火或淬火的基礎(chǔ)上，再加以只熱到雙相區(qū)的第二次正火或淬火處理。
雙相區(qū)在A1和A3之間，鋼在此范圍中不完全奧氏體化，組織由α加γ兩相構(gòu)成，所以稱(chēng)為雙相區(qū)。共析鋼沒(méi)有雙相區(qū)，所以，這種處理只適用于亞共析鋼。鋼的含碳愈低，其雙相區(qū)的范圍也就愈寬。
顯微組織為鐵素體加珠光體的亞共析鋼，加熱到A1以上的溫度，組織中的相變情況大致如下：
a.剛超過(guò)A1（727℃）
鐵素體基本上保持不變，珠光體逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。新的奧氏體晶粒在珠光體團(tuán)的邊界上生核，珠光體中的片狀碳化物粗大化并變成球狀。隨著轉(zhuǎn)變過(guò)程的進(jìn)行，碳從球狀碳化物向不斷長(zhǎng)大的奧氏體中擴(kuò)散。這樣，就在原有的球光體內(nèi)形成新的鐵素體晶粒。珠光體發(fā)生這種轉(zhuǎn)變所需的時(shí)間，因鋼中合金元素含量和溫度而異，但是，在雙相區(qū)內(nèi)經(jīng)1小時(shí)大約可完成90%.由珠光體形成的奧氏體，其初始含碳量接近共析成分（即0.77%左右）。
b.加熱到雙相區(qū)內(nèi)較高的溫度
如將鋼加熱到較高的溫度，則奧氏體區(qū)會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大到原有的鐵素體中，奧氏體的含碳量也會(huì)逐步降低到接近鋼的成分。原有的鐵素體中也可能形成一些小而孤立的奧氏體。
鑄鋼件在雙相區(qū)保溫后再冷卻時(shí)，生成的奧低體又轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w和鐵素體。處理的主要效果是晶粒組織細(xì)化，因而能改善鋼的韌性。
2.熱處理工藝要點(diǎn)
重要的鑄鋼件，在進(jìn)行熱處理之前應(yīng)進(jìn)行一次均勻化退火，以消除魏氏組織。均勻化退火的溫度一般在A3以上100-150℃，在此溫度下保溫后爐冷。一般的鑄鋼件，可以不進(jìn)行這種處理。
除有特殊要求的鑄鋼件外，一般都采用退火、正火或調(diào)質(zhì)等熱處理工藝。
采用退火處理的鑄鋼件，對(duì)力學(xué)性能的要求一般都不高，對(duì)這類(lèi)鑄件，不必用雙相區(qū)處理。
采用正火或調(diào)質(zhì)處理的鑄鋼件，如要求改善沖擊性能，可進(jìn)行雙相區(qū)處理的試驗(yàn)研究，以下意見(jiàn)可作為試驗(yàn)時(shí)的參考。
a.采用正火處理的情況
碳鋼鑄件和低合鋼鑄件，一般都采用正火或正火、回火處理。正火處理時(shí)，加熱溫度應(yīng)在A3以上30-50℃，保溫時(shí)間按鑄件截面厚度確定，一般為每25mm厚度1小時(shí)。
進(jìn)行雙相區(qū)熱處理時(shí)，將經(jīng)正火處理的鑄件再次加熱到A1以上，A3以下的某一溫度，保溫后空冷。A3的具體值因鋼的含碳量和合金元素含量而不同，可從熱處理手冊(cè)中查到，雙相區(qū)處理的具體溫度值值，應(yīng)由試驗(yàn)的結(jié)果確定，可先在試驗(yàn)室用試樣作不同的處理，從而選取效果最佳的溫度。
如正火后還需回火，則回火應(yīng)在雙相區(qū)處理之后進(jìn)行。
b.采用調(diào)質(zhì)處理的情況
對(duì)力學(xué)性能要求高的低合金鋼鑄件，應(yīng)采用調(diào)質(zhì)處理工藝，調(diào)質(zhì)處理包括淬火和回火兩道工序。
鑄鋼件淬火時(shí)，加熱溫度一般在A3以上20-30℃。
調(diào)質(zhì)鋼進(jìn)行雙相區(qū)熱處理，應(yīng)在淬火之后進(jìn)行。處理溫度的選定與前述正火相同，在選定溫度下保溫后也淬火冷卻，淬火介質(zhì)與第一次淬火相同。 |
