摘要：为了实现零部件结构合理及轻量化的目的，大型、复杂、薄壁铝合金精密铸件在航空航天、兵器、电子等行业应用越来越多，石膏型熔模铸造的工艺特点正好适应了这一发展潮流。目前国内石膏型熔模铸造的整体发展尚面临一些问题，石膏型混合料的质量稳定性就是其中之一。正确、严格控制石膏及其混合料对于获得高质量铸件具有重要意义。本文主要论述现有石膏型混合料性能的常用检测手段。

　　关键词：石膏型熔模铸造;铸粉;性能测试

　　Abstract: For the need of lightweight and appropriate structure, big, complex and thin-walled aluminum alloy castings are more and more used in the industry of aerospace, automotive vehicle and so on. The gypsum-bound investment casting suits all the need of this development. Nowadays the gypsum-bound investment casting manufacturers in our nation still have some problems, one of these is the quality of the gypsum powder is not capable enough. For the high quality casting, it is very important to control the performances of the powder. This article would enumerate the common testing methods of gypsum-bound investment casting powder.

　　Key word: gypsum-bound investment casting, powder testing

　　石膏型熔模铸造是将石膏型铸造与熔模铸造相结合而形成的一种特种铸造方法。在此法中所采用的熔模与普通熔模铸造所用的可熔性模样相同, 只是用石膏造型(灌浆法)代替用耐火材料制壳[1]。其工艺过程用方框图表示如下：

　　图1 石膏型熔模铸造方法的工艺过程示意图[2]

　　Fig.1 Process of gypsum-bound investment casting

　　二战以后，航空航天、兵器、舰船、电信、石化等高技术的发展和竞争，其零部件日益趋向整体化、薄壁化、大型化、形状复杂化和精细化，美、日等国在20世纪60年代开发了石膏型熔模精密铸造，我国则在上世纪80年代初开始引进这一技术。随着技术的不断进步，石膏型熔模铸造在成型工艺、合金熔炼及净化提纯、铸造及熔炼设备、测试技术及仪器等方面都取得了重大进展，在铝合金的薄壁、复杂精密铸件生产中发挥着重要作用。

　　现如今，在高精度铸件方面，可铸造出尺寸公差范围在(±0.05~±0.1)mm/25mm或(±0.08~±0.05)/25~50mm、表面粗糙度Ra在1.6um以下，甚至Ra在0.8um的铸件，如广泛应用于航空航天、电子和卫星通信的微波器件波导管。

　　在高强度精铸件方面，由于材料和熔炼工艺取得较大进展，加上组合熔模大大提高了零件结构形状的设计自由度而使铸件结构更趋合理，进而可获得力学性能高、整个铸件冶金质量好、质地均匀的优质铸件取代过去由机械加工、焊接、铆接的组合件和某些锻造件。

　　1 石膏型精密铸造的特点

　　(1)石膏浆体成形性能优良，在凝结过程和焙烧过程中变形小，因而生产的零件尺寸精度高，表面光洁度好。

　　(2)可铸造外形内构极为复杂的整体铸件，取代过去由多个机械加工件组合成的零件，大大地扩大了零部件设计的自由度，提高了产品的机械性能，实现了轻质化。

　　(3)不但可铸造薄壁(壁厚为1.5mm，局部为0.5mm)和大面积(800mm*800mm以上或3500mm2以上)的铸件，而且铸件的成型性能好，铸件各部位的结晶组织和机械性能均匀;

　　(4)可铸造出微细表面结构(如文字、花纹等)。铸件的表面光洁,尺寸精度高;

　　(5)石膏型的残留强度低，清理铸件容易且无灰尘，尤其适宜铝合金等轻金属的铸造;

　　(6)由于石膏型的导热性差，又是采用热型浇注以及某些合金的结晶间隔宽，这就使得合金液浇注后，铸件的结晶凝固时间长，致使铸件产生气孔、针孔、疏松、缩孔的倾向大，也使铸件的晶粒粗大、机械性能下降。

　　2 石膏混合料研究对石膏型精密铸造工业发展的意义

　　为了使我国的石膏型精密铸造技术跟上国际先进铸造技术发展的潮流，就要向生产“更大、更薄、更复杂”铸件的方向发展。这就要在工艺上保证石膏型在强度、抗变形能力和尺寸精度方面的高性能，石膏型的抗变形能力同强度与石膏混合料的成份配比有极大关系。而石膏型作为铸件成形的直接型腔，其性能最终影响液态金属的成形质量。进入到石膏型制造环节，与铸件最终质量相关的铸型表面质量和尺寸精度等信息现在还难以检测并进行相应控制。直到浇注后的铸件被清理出来之前，石膏型内腔质量的变化可以看成一个“黑箱”。因此只有对制造石膏型的铸粉性能进行严格控制，才能保证整个生产流程的可控性与可靠性。

　　石膏铸型的性能如果控制不力，会产生许多问题，例如(1)由于工艺控制不佳而造成石膏型成形过程或在金属浇注过程开裂、型腔表面剥落、掉粉，由此造成的铸件表面出现金属毛刺等缺陷，需要后期通过打磨加以去除甚至成为废品，大量浪费人工和能源，还产生大的噪音和粉尘，影响工作环境;(2)由于对石膏型高温强度和残留强度影响机理认识不足，生产中片面提高高温强度而造成残留强度过高，使铸件清理困难;(3)对石膏型胶凝及脱水过程影响机理认识不足，会导致在烘干过程不能很好地脱除水分，使得在浇注时仍有水汽产生，造成气孔缺陷等等。

　　优质石膏混合料是获得优良石膏铸型的重要保障。石膏型熔模精密铸造对石膏混合料有如下要求：(1)浆料具有良好的流动性与合适的胶凝时间;(2)硬化体具有较好的室温强度和高温强度，较低的残留强度;(3)具有尽可能低的线膨胀率或线收缩率;(4)有较好的抗裂纹能力;(5)化学性能稳定[3]。这些性能需要通过一定的测试手段在生产过程中加以检测和控制。

　　3 铸粉性能测试方法

　　3.1流动性及标准稠度测试

　　石膏混合料的流动性是决定或衡量石膏混合浆料在浇灌石膏铸型时能否完好和顺利地充满熔模外表面及内腔、角落的能力的重要工艺参数[4]。流动性的好坏又与加水量有关,一般情况下,加水量多(即水固比大),浆料的流动性就好,但这又会使石膏型的收缩率增加，强度下降,抗裂纹倾向性下降，所以要为石膏浆料选取尽可能小而又能保证足够流动性的水固比。测试方法参考GB/T 17669.4-1999。

　　测试仪器包括稠度仪(如图1)[5]、200mmX200mm玻璃板、刻度纸(画有直径6~20cm，间距1cm的同心圆)、量杯、烧杯、搅拌工具、秒表、电子秤。

　　测试中首先称量300g 混合料,按预选的水固比分别量取不同容积的水,把混合料倒入水中,迅速搅拌30s,后于15s内将浆料倒入圆桶中,刮平圆桶桶口表面多余浆料,后立即将圆桶迅速而平稳地自下而上提起15～20mm 高度,让混合浆料在水平的玻璃底板上摊开成圆饼状,其大小决定于该混合料的稠度。得到平均直径接近180mm的圆饼时的石膏浆料被认为具有标准稠度。

同理也可以固定水固比调整石膏混合料配方，让混合浆料在水平的玻璃底板上摊开成为圆饼状,摊开的圆饼直径越大，则该石膏混合浆料的流动性越好。

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