消失模涂料易忽视的问题

消失模涂料易忽视的问题摘要：本文描述的消失模铸造特指具有：泡沫模型、干砂、真空三个工艺条件的铸造工艺。

消失模铸造在我国有多种工艺方法，不同的消失模铸造方法，对涂料性能的要求不同，浇注系统和铸件本体对涂料性能的要求也不同，消失模涂料的透气性，准确的说应该是通透性，中温区的通透性有实用价值，在骨料的选择方面，不是耐火度越高越好，为了保证型砂的透气性能良好，对涂料的剥脱性有新的要求，涂料的制作和使用方法，对涂料的工作性能和工艺性能都有影响。

关键词：消失模铸造，气化法，排碳法，空壳铸造，工作性能，工艺性能，中温区通透性，耐火度，烧结度几年前笔者写的一篇“消失模铸造高猛钢用镁橄榄石粉涂料”的文章发表在《铸造技术》后，许多同仁来电来函与我沟通有关消失模铸造涂料的一些问题，综合起来看，笔者认为有如下一些问题容易被同仁忽视或误解，有必要认真讨论。

1.消失模铸造的界定最早使用泡沫模型制造金属铸件的方法是美国人H.F斯洛伊(Shroyer)在1958年4月15日获得的美国专利(专利号：2830304)。

这一天是铸造史上具有跨时代意义的日子，我们应该把这一天视为消失模铸造纪念日。

在Shroyer的专利中，他描述的是用聚苯乙烯(EPS)泡沫板手工拼接泡沫模型，用粘结砂使之固定进行金属液体浇注的过程。

这种在当时令人耳目一新的铸造方法与传统铸造不同的是：粘结砂中不再是空腔，而是实实在在的泡沫模型，所以，称之为实型铸造，也就是所说的FM或FMCP法。

美国人Shroyer的专利被德国人G.哈特曼(G.Hartmann)买断，在泡沫专家A.维特莫塞(A.Wittmoser)的指导下实现了工业化生产应用，并在1962年首先报导了将泡沫模型埋在干砂中生产铸件的方法。

这种方法我们称之为干砂实型铸造。

通常，干砂实型铸造只用于低密度和低熔点的铸铝件，这是因为铸铝件在型腔内金属铝液热辐射和对流导热的系数较小，泡沫型和铝液隙的空隙小，所以，干砂不易溃散。

铸铁，铸钢时由于铸态金属的密度大，温度高，热辐射和对流导热强烈，泡沫气化速度快，发气量大，泡沫型和液态金属间的气隙非常大，所以，干砂显得强度低，定型困难，控制不当，易于溃散塌箱，因此，很少用于铸钢和铸铁件的生产。

几乎与德国G.Harttmann报导干砂实型铸造的同时期，日本长野县工业实验所和秋田株式会社发明了V法铸造(Vacuum)。

V法铸造是英文真空密封法铸造的字头，Vacuum是利用塑料薄膜封闭砂箱，抽真空使干砂定型的造型方法。

1980年Shroyer的专利保护期满后，使用泡沫模型做铸造的方法才从垄断中解放出来，得到了迅速发展。

聪明的日本人将抽真空使干砂定型的方法应用到泡沫型铸造上，使消失模铸造和真空铸造得以同时发展，而产生了我们今天共同研讨的，具备泡沫模型，干砂，真空三个工艺条件的铸造方法。

这种铸造方法初始名字很多，如：气化模铸造，负压实型铸造，泡沫模型干砂负压法铸造等等，为了避免多种称谓给描述造成的混淆和误解，1990年夏季，美国铸造协会通过一项协议，将使用泡沫做模型，干砂埋型，抽真空定型的这种铸造方法称为：消失模铸造，简称(EPC)。

通过对消失模铸造发展简史的回顾，我们可以勾勒出这样的一个过程：消失模铸造方法的发展和不断完善，是由泡沫模型湿砂法(FM法)向泡沫模型干砂负压法(FV法)的衍变过程。

这种衍变不仅仅是造型方法的衍变，而是工艺原理发生了根本的变化。

泡沫模型的消失方式发生了根本的转变。

实型铸造的泡沫模型是在开放条件下，猛烈燃烧消失。

干砂实型铸造多用于铸铝体，泡沫模型以液化方式消失为主。

负压实型干砂(消失模)铸造方法，泡沫模型则是以气化为主的方式消失。

以上所述的三种方法，不仅泡沫的消失方式不同，定型原理也根本不相同，所以，各自对涂料性能的要求也不尽相同。

实型铸造依靠粉结剂使型砂定型，又是开放式浇注，涂料在型砂和液态金属之间主要起隔断作用，防止发生难以清除的粘砂。

不抽真空的干砂实型铸造型砂定型机理相对复杂，这种方法必须由模型底部注入金属液，液态金属依靠其静压力充型，在液面不断上升的过程中通过辐射的导热方式，把携带的热量传递给泡沫模型，泡沫受热后迅速收缩，液化并滴落在液态金属层表面。

滴落在液态金属表面的液态泡沫材料受到更高温度的作用，迅速气化产生高压气体。

气隙间隙的型砂就是依靠气体的高压维持模型腔的形态。

金属液面不断的以上凸的形态上升，液态的泡沫物瞬间就会被挤压在液态金属和涂层之间。

为避免铸造缺陷的发生，这种方法要求涂层有良好的润湿性能，吸收泡沫模型的液化物，并在液态金属压力的作用下使泡沫模型的液化物排除型腔，进入砂型间隙。

在液态金属高温的作用下，液态泡沫在排出的过程中不断地气化进入外围的砂子间隙，此时，气化泡沫物的遇冷又凝结成液态物质，使型砂粘结定型。

在抽真空的状态下，大气产生的压力差使型砂紧实的如同石块一样坚硬，本文讨论的是具有泡沫模型，干砂，抽真空三个工艺条件的消失模铸造方法所使用涂料的相关问题。

笔者认为，使用泡沫型铸造的方法有三种，虽然泡沫模都消失，但在我国的氛围，只有具备泡沫型，干砂，真空三种工艺条件的铸造方法才应该称之为消失模铸造。

2.消失模铸造目前有三种工艺方法消失模铸造自上世纪八十年代初进入我国以后，曾经历了很长一段时间的浑沌期，行业内曾流传着一句话：看似简单的消失模铸造，一看就会，一做就废!作为一门独立的技术方法，消失模铸造应该有属于自己的理论基础，正是因为我们忽略了对消失模铸造特有理论的研究，很长一段时间借用传统铸造的理论解读消失模铸造，才使我们进入了与实际截然性反的误区。

当我们给自己提出消失模铸造应该研究什么的课题时，我们才发现，消失模这个名字起的很贴切!非常之好!三个字就罩定了主题!消失模铸造就是要研究：模消失!简单的说，要研究模消失过程中的三个问题：模消失的方式，模消失的时间，模消失的量。

2.1消失模铸造模的消失方式消失模铸造的模是以碳、氢元素为主的化合物，它的消失方式有两种。

1)气化消失;2)燃烧消失。

消失模铸造浇注过程中如果液态金属能封闭住直浇道，不使空气进入型腔，在高温无氧的条件下模型的泡沫材料就会由大分子裂解成小分子，由固态转变为气态通过涂层被真空吸走排出。

如果浇注的过程中有空气被吸入型腔，泡沫材料就会发生猛烈的燃烧。

这个常识我们每个人都有，泡沫燃烧会产生大量的游离碳和碳束。

这是因为空气中的氧浓度不充足，活泼的氢原子与氧结合，而使碳游离。

游离的碳和碳束溶于液态金属，会发生弥漫性增碳，碳偏析光亮碳，使铸件的材质，品质和加工性能发生改变。

灰口铁和球铁的碳浓度较高，吸碳倾向不明显，碳钢的碳浓度很低，贪婪的吸收碳，泡沫燃烧产生的游离碳就成了铸钢件的致命杀手。

所以，早期很少有人能做好消失模的铸钢件，特别小干型铸钢件。

我们知道了游离碳发生的原理，我们也知道了游离碳的危害，我们也知道游离碳的发生不可避免，只要有一种方法能使燃烧产生的游离碳排出型腔，不溶于液态金属里就可以防止增碳缺陷的发生。

于是，我们尝试着从冒口中直接浇注，宽敞的冒口通道使泡沫燃烧产生的气体和游离碳得以比较充分排出，解决了铸件严重的增碳问题。

开放式浇注方法是从解决排碳入手的，所以，我们称之为消失模铸造的排碳法，多用于需要冒口补缩的厚大件和铸钢件。

与此相对应的封闭式浇注方法，是希望创造高温无氧的条件，使泡沫气化消失，所以我们称之为消失模铸造的气化法。

2.2消失模铸造模的消失时间消失模铸造模的消失实际上是液态金属对泡沫型的置换。

既然是两种物质的置换，在一入一出的时间关系上就有三种表现形式：A、液态金属的充型速度快于泡沫模型的消失速度;B、液态金属的充型速度与泡沫模型的消失速度同步;C、液态金属的充型速度慢于泡沫模型的消失速度。

如果液态金属的充型速度比泡沫模型的消失速度快，先于泡沫彻底消失而充满型腔，液态金属就会淹埋泡沫材料的胶状物，而使泡沫继续气化产生的气体无法排出型腔，凝固在铸件中，产生气孔缺陷，这是我们不希望发生的。

我们希望，泡沫材料的消失速度(不论是气化还是燃烧)要与液态金属充型同步或先于液态金属充满型腔之前消失。

这样，泡沫型的消失对液态金属的充型毫无影响。

所以，我们在总结消失模铸造浇注系统设计原则时，提出了要控制直浇道的截面积，平衡液态金属的给进速度和泡沫型的气化速度。

最好的方法就是先把泡沫模型烧掉或是先点燃。

江西丰远铸钢赵光总经理在浇注不锈钢铸件时，大胆的尝试了先把泡沫模型烧一下，继而浇注钢水的方法获得了成功，开创了国内消失模铸造先烧后浇方法的先河。

这种方法的目的是创造液态金属置换泡沫模型的时间差，我们称之为空壳铸造。

2.3消失模铸造模的消失量这个问题会在其它文章中专门讨论。

本文只综述几个概念，在消失模铸造工艺中，我们希望泡沫型彻底的消失，不留下任何痕迹。

消失模铸造的气孔缺陷，增碳缺陷，皱皮缺陷等特有缺陷，都是消失模铸造的模，在消失过程中留下的痕迹。

我们通称为：气化缺陷。

气化缺陷克服的措施是一致的，概括的说是七个字：一低、二高、三透气。

即：使用密度较低的泡沫模型，温度较高的铁水和通透性能良好的涂料。

在这段文章里我们概述了消失模铸造发展到今天所产生的三种工艺方法和理论基础，三种方法是：1)消失模铸造气化法“封闭式浇注”;2)消失模铸造排碳法“开放式浇注”;3)消失模铸造空壳法“先烧后浇”。

介绍三种工艺方法的目的，是要说明消失模铸造发展至今已不是单一的方法，方法不同对涂料性能的要求不同。

3.消失模铸造涂料的功能和性能传统铸造型砂靠粘结剂定型，形成型腔。

粘结剂及其它辅助材料在接触高温金属液后，会瞬间产生高压气体，充满型砂间隙并在液态金属和型腔壁之间形成一层气膜，阻挡液态金属进入型砂间隙。

微观环境下，这一瞬间液态金属不能接触到型砂，只能接触到气膜，称之为液气浸润。

因此，在传统的铸造中，型腔的型砂表面可能很粗糙，铸件的表面却很光滑，就是有气膜存在的缘故。

消失模铸造浇注过程中抽真空，尽管泡沫模型气化，涂料中的有机粘结剂遇热碳化和型砂中结晶水气化都可以产生大量气体，由于受负压的牵拉无法形成砂粒间隙的气体高压和液体金属与涂层间的气膜，液态金属直接与涂层紧密接触，称之为液固浸润。

所以消失模铸造可以克隆出泡沫模型表面的细微结构。

珠粒间融合的不甚好的龟背纹结构和气塞的痕迹都可以清晰铸造出来，形成与传统铸造截然不同的消失模铸造铸件的表面特征。

因此，有人戏称消失模铸造和人不一样，在人类有时丑妈妈可以生出漂亮的孩子，消失模铸造要想提高铸件的表面质量，必须提高模具的精度，首先做出理想的泡沫模型，劣质模具，做不出漂亮的铸件。

消失模铸造不能形成砂间隙的气体高压和气膜，如果没有涂层屏蔽，在负压的牵拉下液态金属必然会渗入砂子间隙，包裹型砂，产生严重的铁包砂，无法形成与泡沫相一致的精细铸件。