《金属精密液态成形技术》习题参考答案及解析

一、简答题1．常用金属精密液态成形方法有哪些？答：常用的金属精密液态成形方法有：熔模精密铸造、石膏型精密铸造、陶瓷型精密铸造、消失模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、差压铸造、真空吸铸、调压铸造、挤压铸造、离心铸造、壳型铸造、连续铸造、半固态铸造、喷射成形技术、石墨型铸造、电渣熔铸和电磁铸造等。

2．金属精密液态成形技术的特点是什么？对铸件生产有哪些影响？特点：（1）特殊的铸型制造工艺与材料。

（2）特殊的液态金属充填方式与铸件冷凝条件。

对铸件生产的影响：由于铸型材料与铸型制作工艺的改变，对铸件表面粗糙度产生很大影响，不但尺寸精度很高，还可使铸件表面粗糙度降低，从而可实现近净成形。

在某些精密液态成形过程中，金属液是在外力（如离心力、电磁力、压力等）作用下完成充型和凝固的，因此提高了金属液的充型能力，有利于薄壁铸件的成形；液态金属在压力下凝固，有利于获得细晶组织，减少缩松缺陷，提高力学性能。

熔模：一、名词解释1.硅溶胶：硅溶胶是由无定形二氧化硅的微小颗粒分散在水中而形成的稳定胶体。

硅溶胶是熔模铸造常用的一种优质黏结剂。

2.硅酸乙酯水解：3.水玻璃模数：水玻璃中的SiO2与Na2O摩尔数之比。

4.树脂模料：是以树脂及改性树脂为主要组分的模料。

5.压型温度：6.涂料的粉液比：涂料中耐火材料与黏结剂的比例。

7析晶：石英玻璃在熔点以下处于介稳定状态，在热力学上是不稳定的，当加热到一定温度，开始转变为方石英，此转变过程称“析晶”。

二、填空题1.熔模铸造的模料强度通常以抗弯强度来衡量。

2.硅溶胶型壳的干燥过程实质上就是硅溶胶的胶凝过程。

3.一般说来说：硅溶胶中SiO2含量越高、密度越大，则型壳强度越高。

4.涂料中最基本的两个组成耐火材料和黏结剂之间的比例，即为涂料的粉液比。

5.通常按模料熔点的高低将其分为高温、中温和低温模料。

6.硅溶胶中Na20含量和PH值反映了硅溶胶及其涂料的稳定性。

7.模料的耐热性是指温度升高时模料的抗软化变形的能力。

8.熔模的制备方法有自由浇注和压注两种。

9.常用石蜡-硬脂酸模料的配比为白石蜡和一级硬脂酸各50%。

三、判断题1.压蜡温度愈高，熔模的表面粗糙度越小，表面越光滑；但压蜡温度越高，熔模的收缩率越大。

（√）2.压注压力和保压时间对熔模尺寸有影响，随压力和保压时间增加，熔模的线收缩率减小。

（√）3.为提高水玻璃模数，可在水玻璃中加入氢氧化钠。

（×）4.熔模铸造使用最广泛的浇注方法是热壳重力浇注法。

（√）5.使用树脂基模料时，脱蜡后所得的模料可以直接用来制造新的熔模。

（×）四、简答题1.什么是熔模铸造？试用方框图表示其大致工艺过程。

熔模铸造是用易熔材料制成精确的可熔性模样，在其上涂覆若干层耐火涂料，熔去模样，经过焙烧而得到型壳，浇入金属而得到铸件的方法。

其工艺过程如下：制作蜡模或蜡模组→涂挂耐火涂料→撒砂→结壳硬化→脱蜡→烘干焙烧型壳→浇注铸件→出箱清理打磨。

2.影响熔模质量的因素有哪些？答：（1）压型尺寸精度及表秒粗糙度（2）模料质量（3）制模工艺：压射压力保压时间注蜡温度压型温度3.常用模料有哪两类，其基本组成、特点和应用范围如何？答：①蜡基模料蜡基模料是以矿物蜡、动植物蜡为主要成分的模料。

此类模料一般成分比较简单，成本较低，便于脱蜡和回收，但强度和热稳定性较低，收缩大。

多用于要求较低的铸件。

②树脂基模料树脂基模料是以树脂及改性树脂为主要组分的模料。

此类模料一般成分比较复杂，强度较高，热稳定性较好，收缩较小，制成的熔模的质量和尺寸稳定性较高，但模料易老化、寿命短，成本较高，多用于质量要求较高的熔模铸件。

从模料中去除水分、粉尘、砂粒和皂化物的工艺过程称为模料回收。

采用蒸汽或热水脱蜡后所回收的模料中会不可避免地混有杂质、砂粒和水分，某些蜡基模料中所含的硬脂酸，在制壳工艺过程中还会与一些物质反应生成皂化物（脂肪酸盐），因而使模料变质，影响使用性能。

4.试述常用三种制壳黏结剂的特点及应用范围。

答：目前国内熔模铸造常用的黏结剂主要有：如水玻璃、硅酸乙酯、硅溶胶等。

水玻璃作黏结剂具有成本低、硬化速度快（化学硬化）、湿态强度高、制壳周期短等优点。

缺点是表面质量差，尺寸精度不高，在近净形熔模铸造中用得较少。

硅酸乙酯的表面张力低，黏度小，对模料的润湿性能好。

所制型壳耐火度高，尺寸稳定，高温时变形及开裂的倾向小，表面粗糙度低，铸件表面质量好，较硅溶胶的制壳周期短，但价格较贵，且对环境有一定污染，工业发达国家现使用有下降的趋势。

硅溶胶使用方便，易配成高粉液比（耐火材料与黏结剂的比例）的优质涂料，涂料稳定性好。

型壳制造时不需化学硬化，工序简单，所制型壳高温性能好，有高的型壳高温强度及高温抗变形能力。

但硅溶胶涂料对熔模润湿性差，需加表面活性剂改善涂料的涂挂性。

另外，硅溶胶型壳干燥速度慢，型壳湿强度较低，制壳周期长。

5.熔模铸造用硅溶胶主要有哪些物化参数？它们对型壳质量有何影响？答：硅溶胶的主要物化参数有SiO2含量、Na2O含量、密度、值、黏度及胶粒直径等，它们与硅溶胶涂料和型壳性能关系密切。

硅溶胶中SiO2含量及密度都反映其胶体含量的多少，即黏结力的强弱。

一般来说，硅溶胶中SiO2含量增加，硅溶胶密度越高，则型壳强度越高。

而Na2O含量影响硅溶胶的PH值，它们都影响硅溶胶及其涂料的稳定性。

硅溶胶的黏度反映其黏稠程度，将影响所配涂料的粉液比，黏度低的硅溶胶可配成高粉液比涂料，所制型壳表面粗糙度值低、强度较好。

硅溶胶的另一参数是胶体粒子直径，它影响硅溶胶的稳定性和型壳强度。

粒子越小，凝胶结构中胶粒接触点越多，凝胶致密，型壳强度越高，但溶胶稳定性越差。

6.硅溶胶、水玻璃、硅酸乙酯粘结剂型壳的干燥和硬化工艺有何本质的区别?硅溶胶型壳的干燥和硬化是物理硬化过程。

随着型壳的干燥，水分蒸发，硅溶胶含量提高，胶体颗粒碰撞几率增加，溶胶便胶凝而形成凝胶，牢固地将耐火材料颗粒粘结起来，同时耐火材料颗粒彼此接近，这就使得型壳获得了强度。

水玻璃型壳化学硬化前的自然干燥是水玻璃型壳脱除自由水的过程。

但水玻璃型壳只有经过化学硬化才能形成不可逆转化的硅凝胶，使型壳获得足够的湿强度。

化学硬化是指水玻璃粘结剂与硬化剂发生硬化反应，达到硬化型壳的目的，其原理是基于电解质对水玻璃的胶凝作用。

硅酸乙酯黏结剂型壳的干燥硬化，实质上是涂料中的硅酸乙酯水解液继续水解-缩聚反应而达到最终的胶凝以及溶剂挥发的过程。

前者主要是化学硬化，后者是物理过程，但彼此有密切联系。

型壳的硬化可用氨气催化，俗称氨干。

氨气既可通过碱解反应加快水解，又可通过改变涂层中水解液的PH值而加快缩聚反应。

7.型壳焙烧的目的是什么？常用三种型壳焙烧工艺参数如何？答：焙烧的目的是去除型壳中的水分、残余模料、硬化剂、盐分等，降低型壳浇注时的发气性，提高透气性，防止出现气孔、浇不足等缺陷。

水玻璃型壳的焙烧温度一般为 850℃，保温时间约为0.5 ～2h。

对于硅溶胶或硅酸乙酯型壳则为950～1100℃，薄壁件应适当提高，保温时间约为2～3h。

焙烧时，升温速度不能太快，应缓慢加热，因为型壳的热导率很低，升温太快时型壳内外温差较大，各部位膨胀量不同会导致型壳出现裂纹。

8. 试述热压注硅质陶瓷型芯的成形方法及型芯材料的组成。

在耐火粉料中加入热塑性材料（如蜡）为增塑剂制成陶瓷料浆，用热压注法制成型芯坯体，再经高温烧结成型芯。

型芯材料的主要组成基体基体（如石英玻璃）、矿化剂（如氧化铝系）、增塑剂（如蜡）、表面活性剂（如油酸）等。

9.硅溶胶型壳制壳有哪些步骤？影响硅溶胶型壳干燥的因素有那些？生产中可不可以采用提高环境温度来缩短型壳干燥时间？为什么？答：硅溶胶型壳制壳工艺过程下图所示：影响硅溶胶型壳干燥的因素很多，其中环境湿度、风速和环境温度三种因素作用最大。

生产中不能用提高环境温度来缩短型壳干燥时间，而应将温度控制在一个较窄的范围内。

因为环境温度会影响模组模料的热膨胀和热稳定性，从而影响铸件尺寸精度。

石膏型：一、填空题1．石膏型熔模精密铸造时，石膏型工作温度一般在 150℃～300℃℃之间。

2．α型半水石膏更适合作为石膏铸型用材料。

3．为使石膏型具有良好的强度，减小其线收缩和裂纹倾向，需要在石膏中加入填料。

4．石膏型导热性能差，焙烧时应采用阶梯升温。

5．制备石膏型所用的原材料主要有石膏、填料和添加剂等。

二、简答题1．石膏有哪几种变体？石膏型精密铸造应选用哪种石膏？为什么？答：石膏有7种变体：二水石膏、β型硬石膏Ⅲ、α型半水石膏、硬石膏Ⅱ、β型半水石膏、硬石膏Ⅰ和α型硬石膏Ⅲ。

硬石膏不能配成石膏浆料，故不能用于石膏型铸造中；生石膏含水量过多，所制石膏型强度低也不能用于石膏型铸造；α型半水石膏具有致密、完整而粗大的晶粒，总比表面积小。

β型半水石膏因孔多，表面不规律，似海面状，其比表面积大。

在配成相同流动性的石膏浆料时，α型半水石膏所需水固比低，浆料凝固后强度高，故α型半水石膏更适合作为石膏铸型用的材料。

2．石膏浆料中为什么要加填料？填料应如何选择？答：为使石膏型具有良好的强度，减小其线收缩和裂纹倾向，需要在石膏中加入填料。

石膏型的填料应满足下列要求：（1）有合适的线膨胀率；（2）有较高的熔点和耐火度；（3）有良好的化学稳定性；（4）发气量少、吸湿性小、保水性好；（5）填料在石膏型浆体中有良好的悬浮弥散性；（6）能降低石膏混合料的裂纹倾向。

3．为什么石膏浆料配制和灌注时需在真空下进行？答：在真空下配制石膏浆料和灌浆是为了使浆料中所含的气体能够顺利外排。

石膏浆料吸附大量的气体，在浆体搅拌时又会卷入大量的气，致使浆体中有大量的气泡，影响石膏型腔表面的质量。

因此石膏浆料配制和灌注需在真空下进行。

4．石膏型精密铸造常用的充填及凝固方法有哪些？各用于什么情况下？石膏型精密铸造常用的充填及凝固方法有：1）重力浇注，常压凝固——适用于壁不薄、形状简单的中小件。

2）真空吸铸——适于生产中、小型复杂薄壁铸件。

3）真空下重力浇注，增压凝固——目前国内外石膏型精铸常用的充填凝固方法。

4）低压铸造——适于生产批量较大的复杂薄壁铸件。

5）真空下重力浇注，常压凝固——适用于壁较薄、壁厚较均匀铸件。

6）调压铸造——适于生产有厚壁部分的复杂薄壁铸件。

5．如何确定石膏型精密铸造浇注工艺参数？答：浇注工艺参数主要包括浇注温度和石膏型温度。

（1）铝合金浇注温度由于石膏型导热性差，合金浇注温度可低于其他铸造方法。

一般控制在700℃左右，大型薄壁件不宜超过720℃。

2）石膏型温度确定石膏型温度时要考虑两个因素，一是石膏型抗激冷激热能力差，二是石膏型导热性差。

石膏型工作温度过低，浇注时石膏型易开裂；石膏型温过高，铸件凝固速度慢，易出现粗大组织。

浇注时石膏型温度一般控制在150～300℃之间，大型复杂薄壁件取上限，中小型、壁稍厚铸件取下限。