铸造工业中常见的特种消失模铸造技术

　　消失模铸造是一种近无余量、   成形的新技术，它不需要合箱取模，使用无粘结剂的干砂造型，减少了污染，被认为是21世纪   可能实现绿色铸造的工艺技术。但消失模铸造中由于泡沫模样的存在，浇注温度通常较高，容易产生粘砂、增碳、冷隔、气孔和夹渣等铸造缺陷，消失模铸件的组织晶粒相对粗大，组织致密度不够好，铝镁等有色消失模铸件中缩孔、缩松缺陷较多，从而导致铸件性能下降。如何提高消失模铸造的充型能力、减少缩孔缩松缺陷、提高铸件的组织致密度和力学性能、细化组织晶粒、消除各种消失模铸造缺陷等，已是消失模铸造技术研究发展的方向。
一、压力消失模铸造技术是消失模铸造技术与压力凝固结晶技术相结合的铸造新技术，它是在带砂箱的压力灌中，浇注金属液使泡沫塑料气化消失后，迅速密封压力灌，并通入   压力的气体，使金属液在压力下凝固结晶成型的铸造方法。这种铸造技术的特点是能够显著减少铸件中的缩孔、缩松、气孔等铸造缺陷，提高铸件致密度，改善铸件力学性能。这是因为在加压凝固时，外力对枝晶间液相金属的挤滤作用和使初凝枝晶发生显微变形，并且大幅提高了冒口的补缩能力，使铸件内部缩松得到改善。另外，加压凝固使析出氢需   高的内压力才能形核形成气泡，从而抑制针孔的形成，同时压力增加了气体在固相合金中的溶解度，使可能析出的气泡减少。
二、真空低压消失模铸造技术是将负压消失模铸造方法和低压反重力浇注方法复合而发展的一种新铸造技术。该方法是将上涂料的泡沫塑料模样埋入干砂，振动紧实造型，然后将砂箱迅速和带升液管的低压浇注系统连接密封，并向增锅炉中通入干燥的压缩空气，金属液在气体压力的作用下，沿升液管上升，进入砂箱底部浇道，此时打开消失模砂箱上的真空装置，金属液在低压作用下上升使泡沫模样气化而填充模腔，模样分解气体被真空负压抽走，浇注完成后保持压力   时间至铸件   凝固，解除金属液面上的气体压力，使升液管中的未凝固金属液流回增锅中，推出砂箱，关闭真空，取出铸件，真空低压消失模铸造技术的特点是：综合了低压铸造与真空消失模铸造的技术优势，在可控的气压下完成充型过程，大大提高了合金的铸造充型能力；与压铸相比，设备投资小、铸件成本低、铸件可热处理强化；而与砂型铸造相比，铸件的精度高、表面粗糙度小、生产率高、性能好；反重力作用下，直浇口成为补缩短通道，浇注温度的损失小，液态合金在可控的压力下进行补缩凝固，合金铸件的浇注系统简单有效、成品率高、组织致密；真空低压消失模铸造的浇注温度低，适合于多种有色合金。
三、振动消失模铸造技术是在消失模铸造过程中施加   频率和振幅的振动，使铸件在振动场的作用下凝固，由于消失模铸造凝固过程中对金属溶液施加了   时间振动，振动力使液相与固相间产生相对运动，而使枝晶破碎，增加液相内结晶核心，使铸件   终凝固组织细化、补缩提高，力学性能改善。该技术利用消失模铸造中现成的紧实振动台，通过振动电机产生的机械振动，使金属液在动力激励下生核，达到细化组织的目的，是一种操作简便、成本低廉、无环境污染的方法。相比之下，砂型铸造过程中，如对铸型施以机械振动，很容易把铸型振垮；而在金属型铸造过程中，由于其冷速过快，振动对结晶的影响作用基本不大。研究表明不论机械振动、电磁振动，还是声波和超声波振动，对金属都有显著的细化作用，振动   大的作用是抑制柱状晶和枝晶生长，形成小的等轴晶，因此，能显著的提高铸件的密度和机械性能。影响振动细化效果的因素有振动频率、振动幅度、振动强度、振动位置、振动时刻和时间、振动方式等。
四、半固态消失模铸造技术是消失模铸造技术与半固态技术相结合的新铸造技术，由于该工艺的特点在于控制液固相的相对比例，也称转变控制半固态成形TCSSM。由于铸铁的凝固温度大约为1150℃、熔炼温度为1500℃、一般砂型铸造浇注温度为1400℃~1450℃，如果采用半固态消失模铸造方法，可以将铸铁的浇注温度设在1250℃(仅仅高于结晶温度100℃)左右进行消失模铸造浇注，从而   控制液相收缩、相变收缩、石墨化膨胀、凝固变形和气体夹杂等。TCSSM工艺通过降低铸铁浇注温度，液相收缩大大降低，液相收缩和凝固收缩可以由石墨化膨胀相抵消。因此不需要冒口即可获得性能良好的铸件。所以TCSSM技术特点是使铸件具有高的尺寸精度、低宏观偏析、高致密度、高的机械性能的特点。
五、消失模壳型铸造技术是熔模铸造技术与消失模铸造结合起来的新型铸造方法。该方法是将用发泡模具制作的与零件形状一样的泡沫塑料模样表面涂上数层耐火材料，待其硬化干燥后，将其中的泡沫塑料模样燃烧气化消失而制成型壳，经过焙烧，然后进行浇注，而获得较高尺寸精度铸件的一种新型精密铸造方法。它具有消失模铸造中的模样尺寸大、精密度高的特点，又有熔模精密铸造中结壳精度、强度等优点。与普通熔模铸造相比，其特点是泡沫塑料模料成本低廉，模样粘接组合方便，气化消失容易，克服了熔模铸造模料容易软化而引起的熔模变形的问题，可以生产较大尺寸的各种合金复杂铸件。 消失模壳型铸造技术的应用很早就开始，前苏联为了生产大型熔模铸件，提高铸件精度，在上世纪七十年代采用泡沫聚酯作为模料，这种材料与传统的熔模材料相比，具有耐热好、强度高、表面硬度高、且不需要熔失等优势，可以在壳型焙烧时将它烧掉。消失模壳型铸造技术中的关键在于壳型材料和工艺。
六、消失模悬浮铸造技术是消失模铸造工艺与悬浮铸造结合起来的一种新型实用铸造技术。该技术工艺过程是金属液浇入铸型后，泡沫塑料模样气化，夹杂在冒口模型的悬浮剂(或将悬浮剂放置在模样某特定位置，或将悬浮剂与EPS一起制成泡沫模样)与金属液发生物化反应从而提高铸件整体(或部分)组织性能。该方法发明于前苏联，发展和成熟于   和日本。目前主要应用范围是型内局部合金化、型内孕育与球化、成型金属基复合材料等。型内局部合金化是在铸型内某些有特殊要求的部位设法改变合金的局部成分而不改变其他部位的成分。由于消失模铸造技术成本低、精度高、设计灵活、清洁环保、适合复杂铸件等特点，符合新世纪铸造技术发展的总趋势，有着广阔的发展前景；但消失模铸造过程中，采用干散砂紧实、冷却速度相对较慢，消失模铸件的组织较粗大，铝镁合金中缩孔、缩松严重，故铸件性能较低。
特种消失模铸造技术是消失模铸造技术与其他技术复合而成的新技术，各有其技术特点和应用前景。压力消失模铸造技术可显著提高消失模铸件致密度，减少气孔、缩松等缺陷；真空低压消失模铸造技术可以使充型平稳、金属液体补缩好；振动消失模铸造技术可使铸件组织细化、减少缩孔等；半固态消失模铸造技术可以提高铸件致密度、减少偏析、提高尺寸精度和铸件性能；消失模壳型铸造技术可以生产大型精密铸件、减少夹杂、提高尺寸精度、降低浇铸温度；消失模悬浮铸造技术可以改变铸件内部组织、提高铸件性能、成形金属基复合材料。上述特种消失模铸造技术的研究及应用是消失模铸造技术发展的方向。各种特种消失模铸造技术虽然有技术优势，但还存在很多工艺不成熟的地方，应从理论和实践上加强研究与开发工作。随着它们在技术上的成熟，其应用前景将非常广阔。