精铸作业指导书

熔模铸件生产作业指导书

2011年1月1日

目 录

前言
一、制模作业指导书
二、水玻璃涂料的制备作业指导书
三、水玻璃型壳制壳作业指导书
四、型壳脱蜡和焙烧作业指导书
五、坩埚制备作业指导书
六、中频感应电炉熔炼作业指导书
七、浇注作业指导书
八、浇包制备作业指导书
九、碳钢铸件退火作业指导书
十、铸件清理作业指导书
十一、铸件修补作业指导书
十二、铸件焊补后的清理及热处理作业指导书附录A：一般工程用铸造碳钢件化学成分
附录B：一般工程用铸造碳钢件机械性能

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前 言
本作业指导书文件的编制，是根据我厂实际情况，同时吸收了同行业熔模铸件生产的先进作业指导书。其中包括了制模作业指导书、水玻璃涂料的制备作业指导书、水玻璃型壳制壳作业指导书、型壳脱蜡和焙烧作业指导书、坩埚制备作业指导书、中频感应电炉熔炼作业指导书、浇注作业指导书、浇包制备作业指导书、碳钢铸件退火作业指导书、铸件清理作业指导书、铸件修补作业指导书、铸件焊补后的清理及热处理作业指导书、一般工程用铸造碳钢件化学成分、一般工程用铸造碳钢件机械性能。本作业指导书文件是本公司熔模铸件生产过程的指导性文件，要求公司全体员工遵照执行。

对于本作业指导书文件中的疏漏之处，希望公司全体员工给予指正。以进一步提高本作业指导书文件的可操作性。

编制：
审核：
批准：

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一、制模作业指导书
1.蜡膏制备
蜡基模料蜡膏制备 蜡基模料（以石蜡-硬脂酸模料为代表）蜡膏制备方法，见表1-1。

表1-1 蜡基模料典型蜡膏制备方法

工序名称	设备	操作要点
化蜡	水浴化蜡缸	化蜡温度90℃
刨蜡削	卧式蜡片机	蜡锭截面尺寸135mm×135mm
搅蜡膏	搅蜡机	蜡液温度65～80℃；保温缸水温48～52℃；蜡液/蜡片（质量分数）≈1/（1～2）
回性	恒温箱	温度48～52℃；保温0.5h 以上

2.典型制模作业指导书 见表1-2。
表1-2 典型制模作业指导书

模料	制模设备	压射蜡温/℃	压射压力/MPa	压型温度/℃	保压时间（按熔模大小和壁厚调整）/s	起模时间（按熔模大小和壁厚调整）/s	脱模剂
石蜡-硬脂酸模料	手动压蜡机	45～48	0.3～0.5	18～25	3～10 或更长	20～100或更长	10#变压器油

见表1-3。

表1-3 模组清洗和刻蚀方法

方法	刻蚀			清洗			备注	适用范围
	刻蚀液	刻蚀时间/s	温度/℃	清洗液	清洗时间/s	温度/℃
一				0.5% （质量分数）洗净剂水溶液	反复涮洗数次	24±2	清洗剂也可用其他洗涤用品代替	蜡基模料

4.蜡基模料的回收

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蜡基模料以石蜡-硬脂酸模料为代表，其回收过程主要是去除使用过程中产生的皂化物。这些皂化物无法通过沉淀、过滤或蒸发等物理方法除去。我厂采用酸处理法，即先在蜡液中加入体积分数为25%～35%的水，再通电或通蒸汽加热，同时加体积分数为2%～3%的浓硫酸或3%～5%的工业盐酸，在沸腾状态下保持1～2h，直至蜡液中的白色皂化物颗粒消失为止。静置约2h，待杂质下沉后取上部清夜即成。必要时可在回收模料中加入体积分数为2%～3%的水玻璃以中和残留于其中的酸。

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二、水玻璃涂料制备作业指导书
1.面层涂料，见表2-1。

表2-1 水玻璃面层涂料的组成及配比

面层涂料用耐火粉料种类应根据铸件合金的不同种类而定，碳钢、低合金钢等选用精制白硅石粉、铝矾土粉等。

涂料的制备混合过程及搅拌设备对涂料性能及均匀性有影响，涂料制备采用连续式低速搅拌机能稳定涂料性能，改善并提高型壳及铸件质量。

2.加固层涂料
水玻璃加固层涂料用耐火粉料大多为铝—硅系材料，我厂采用铝—硅系耐火熟料为主，如煅烧高岭土、莫来石、上店土、煤矸石、焦宝石、铝矾土等。见表2-2。

表2-2 水玻璃加固层涂料的组成及配比

①用AlCl3.6H2O硬化时，加固层涂料中可加入JFC。

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3.水玻璃涂料性能控制
水玻璃涂料性能主要有：粘度、流动性、覆盖性、分散均匀性及悬浮稳定性等。

生产中检测涂料的流杯粘度和涂片重（厚度）以控制涂料的性能。

①涂料粘度
粘度是水玻璃涂料的一项重要性能，在生产中用流杯粘度计测定，称为流杯粘度（s）
②涂层厚度
涂层厚度也是涂料一项重要性能。通常以涂片重量间接反映涂层厚度、涂挂覆盖性，还可在一定程度上反映涂料屈服值的大小。硅石粉水玻璃面层涂料的涂片重量控制在35～60mg/cm2范围内。

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三、水玻璃型壳制壳作业指导书
1.模组脱脂
为提高熔模表面对涂料的润湿能力，改善涂料覆盖性，以提高型壳及铸件的表面质量，模组在浸涂前要先进行脱脂处理，主要为去除熔模表面的分型剂（油脂类物质）。用浓度（质量分数）为0.3%的表面活性剂水溶液或中性软皂水溶液。

2.浸涂料和撒砂
涂料在使用前须先搅拌均匀，复测流杯粘度及涂片重，并调整至合格范围。然后将模组浸入涂料中上下移动和转动，提起后滴去多余涂料，使涂料均匀地覆盖在模组表面。不能存在涂料局部堆积或缺少涂料，若模组有深孔、沟槽和凹角等结构，则应用压缩空气进行喷吹涂料，必要时也可用毛笔涂刷以去除气泡。

撒砂是用砂粒来固定涂料，使型壳具有足够的常温和高温强度，撒砂也可提高型壳的透气性和退让性，并能防止型壳在硬化时产生裂纹和其他表面缺陷。表3-1为型壳的撒砂粒度及要求。加固层砂的粒度可逐渐加粗，以提高型壳强度及透气性。小铸件可撒硅砂，大铸件撒铝硅类材料砂，如铝矾土砂、莫来石砂、煤矸石砂、匣钵砂等。

表3-1 型壳撒砂粒度及要求

层次	层别	撒砂粒度/筛号（目）	含粉（泥）量 （质量分数，%）	含水量， （质量分数，%）
1	面层	50/100或40/70	≤0.3	≤0.3
2	过度层	40/70 或20/40	≤0.3	≤0.3
3	加固层	12/20	≤0.3	≤0.3
4			≤0.3	≤0.3
5～8			≤0.3	≤0.3

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撒砂可采用手工撒砂或机械撒砂。型壳面层撒砂采用转盘式淋砂机。其他层采用手工撒砂。型壳最外层浸上涂料后不撒砂，次层为保护层或封闭层，以保护型壳最外层砂粒在脱蜡、焙烧及浇注过程中不脱落。

3.型壳硬化前的自然干燥
由于水玻璃涂料中含有较多水分，硬化前自然干燥是使型壳脱水，由于是自由脱水，故型壳收缩缓慢，而水分的蒸发会在粘结膜中留下微孔隙和裂纹，有利于此后硬化剂对涂层的渗透扩散，使硬化速度加快。

4.化学硬化
水玻璃型壳的硬化主要是在硬化液中完成。我厂采用氯化铵硬化剂。①氯化铵硬化剂的配制：氯化铵在水中的溶解度随温度的升高而增大。氯化铵硬化液浓度（质量分数）一般控制在22%～25%。制壳车间须经常对硬化液中NaCl的含量进行检测，并控制在质量分数小于6%～8%范围内，当超过此范围后，必须更换硬化液。

②化铵硬化剂的作业指导书参数 硬化作业指导书参数主要有硬化剂的浓度、温度和硬化时间三个指标，见表3-2。

表3-2 氯化铵硬化剂作业指导书参数

四、型壳脱蜡和焙烧作业指导书
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1.脱蜡
熔模熔失的过程称为脱蜡，型壳制成后一般停放一段时间方可进行脱蜡。停放时间也是型壳中残留硬化剂对涂料层继续硬化的过程，随着停放时间的增加，型壳的强度增大，抗水性增强。

型壳脱蜡的方法采用热水法，作业指导书如下：
①清理浇口 脱蜡前要将浇口杯顶部的浮砂及涂料清除干净，以免在脱蜡过程中落入型腔内。

② 加入补充硬化剂在脱蜡水中加入W（氯化铵）=3%～8%或加入W（结晶氯化铝）=4%～6%或W（工业盐酸）=1%，使型壳脱蜡时得到补充硬化。加入W（盐酸）=1%的热水脱蜡效果很好。

③ 水温控制热水脱蜡的水温宜控制在95～98℃之间。但应避免沸腾，以免将槽底的砂粒及赃物翻起进入型腔。型壳的脱蜡时间应控制在15～20℃，不超过30℃为宜。

④ 型壳冲洗 型壳经脱蜡后，内腔可能存有残余蜡料并粘附有皂化物， 脱蜡后的型壳可倒置所以宜用热水冲洗[热水中可加约W（HCl）=0.5%]。

存放。

⑤槽液换新及清理：型壳在脱蜡时会有较多盐分和赃物进入脱蜡水中，故应定期更换脱蜡水，并同时清理槽底砂粒及赃物。

2.型壳焙烧
型壳焙烧是熔模铸造的重要工序之一。水玻璃型壳脱蜡后，型腔内含有水分、残余蜡料、皂化物、盐类等，这些物质若未去除，在浇注时会逸出大量气体，使铸件产生气孔，这些残留物也会影响铸件的表面质 10

量，因而，在型腔浇注前须进行高温焙烧，以使型壳具有低的发气量和良好的透气性，并可使型壳中残留的NaO进一步降低。此外，焙烧还可使型壳在作业指导书要求的温度下浇注，以减少液态金属与型壳的温差，提高充型能力。

我厂型壳焙烧采用燃煤反射炉。焙烧温度应为850℃，保温0.5～2h。焙烧良好的型壳表面呈白色或浅色，出炉时不冒黑烟。若表面颜色较深或呈深灰色，则表明型壳中尚残留有较多碳分，属焙烧不良，此种型壳的透气性低，易产生气孔、呛火和漏钢液。用硅砂（粉）作耐火材料的型壳，由于在加热和冷却时的膨胀和收缩较大，若进行多次焙烧就会使型壳产生微裂纹而使型壳的强度下降，故要控制重复焙烧次数，最多不宜超过两次。

五、坩埚制备作业指导书
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1.坩埚制备
①炉衬的种类（表5-1）。

表5-1 酸、碱性炉衬的特性及应用范围

炉衬种类	特性	应用范围
酸性	酸性炉衬是由硅砂和硅石粉所组成，在高温下能抵抗酸性渣的侵蚀，但易受碱性渣的侵蚀。易与钢中Al、Ti 等起反应。寿命较长，但不能去S、P	普通碳钢、高硅钢及一般低合金钢
碱性	碱性炉衬主要是由镁砂组成，能抵抗碱性渣料的侵蚀，能去S、P，对炉料要求低。但炉衬耐急冷急热性能较差，使用寿命较短	各种碳钢、低合金钢、高锰钢、不锈钢、耐热钢和高温合金

② 耐火材料 （表5-2）。

表5-2 筑炉耐火材料的要求和处理方法

材料名称	要求和处理方法
硅砂	清洗、干燥、人工磁选除铁
耐火粘土	经150～200℃烘干，冷却后用100～140#筛过筛，封存
硼酸	工业用Ⅰ级或Ⅱ级，经100#过筛，封存
水玻璃	W（SiO2）32%～34.5%，（Na2O）11.0%～13.5%，加水稀释
石棉布	绝缘度≥120MΩ，厚度<1mm，应柔软
石棉板	厚度3～5mm，软质的

③ 筑炉材料配比（表5-3）
表5-3 酸性炉衬材料配比（质量分数）

④ 筑炉作业指导书

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打结坩埚用模样用钢板焊接。在坩埚打结后取出。坩埚尺寸见表5-4。

表5-4坩埚尺寸

坩埚容量/kg	坩埚上部直径D/mm	坩埚下部直径D/mm	坩埚高H/mm
250	318	280	605

筑炉操作要点见表5-5
表5-5 筑炉作业指导书操作要点

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六、中频感应电炉熔炼作业指导书
1.准备
①检查炉体，如炉衬、感应器、冷却水管、炉子倾动机构等是否正常。②检查变频装置、电源、水源及气源是否正常。

③ 准备工具，铁钳、铁钎、锭模及浇包等应干燥，浇包需预热800～950℃。④准备测温仪表。测温仪表必须定期校正。

⑤ 金属炉料要按配料单逐项称取并校对。按需要称取脱氧剂，烘烤备用。⑥溶剂按要求进行配制、烘烤备用。

2.装料
①炉料大小视坩埚的容量而定。

②装料顺序：回炉料、废边料、不易烧损元素铁合金，如钼铁、纯镍等先加，全部熔化以后，再添加易烧损元素铁合金，如低碳铬铁、锰铁、硅铁等。

③为防止“架桥”，上部炉料不应超过感应圈高度；长棒形炉料应竖直装入坩埚，并力求做到“下紧上松”。

3.熔化
①装好炉料后即可送电熔化。开始几分钟用较小的功率，当电流波动较小后，用大功率熔化，直至熔清。随着炉料的熔化，应陆续装入未装完的炉料。

② 炉料熔化后应及时撒上溶剂造渣，防止合金液氧化和吸气。熔渣一般

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为金属的（质量分数）2%～3%，过多会增加热量消耗和金属损失，应及时扒渣。

③ 熔化过程中及时捅料，防止发生“架桥”现象。

4.调整成分
①调整成分加入的合金元素应注意加入的次序和时间。一些难熔和密度大的元素应先加入，凡与氧亲和力较大的合金元素必须在脱氧良好的条件下加入，加入温度也不能太高，以减少合金烧损。主要合金元素加入次序和时间为：
镍：一般在装料时加入
铬：在脱氧良好的条件下加入。但含铬量多时，则在装料时加入，为了减少烧损，把它装在炉底
钨和钼：多在炉料熔化后加入钢液中，且块度要小，加入前要烘烤硅和锰：当加入量不多时，在炉料熔化完以后、脱氧之前加入
钒、铝、钛、硼、锆：必须在脱氧良好的条件下加入。一般按钒、铝、钛、硼、锆的先后次序加入。如合金中的铝和钛的含量较多、钒量较少时，则钒应在铝、钛加入后再加入
②在每次加入合金元素后，必须根据加入量而决定升温时间。当加入较多的铝、钛时，要停电降温。

5.脱氧
①脱氧是尽量减少钢液的含气量，同时最大限度地减少钢液中的氧化夹杂物。

②炉料化请后即可进行脱氧。脱氧剂加入次序应由脱氧能力弱到强，常15

为：锰铁→硅铁→铝、硅钙等，用量见表6-1。

表6-1 脱氧剂用量（占钢液的质量分数）（%）

脱氧剂应分批均匀撒在渣面上，部分钢种脱氧剂加入温度见表6-2。 表6-2 脱氧剂加入温度

充脱氧。终脱氧后应静置几分钟，使脱氧产物上浮。

④终脱氧后，钢液应达到出钢温度（一般比液相线高80～100℃），部分钢种出钢温度见表6-3。

表6-3 部分钢种出钢温度

钢种	出钢温度/℃
ZG230-450	1590～1610
ZG270-500	1580～1600
ZG310-570	1570～1590
ZG1Cr18Ni9Ti	1620～1640

⑤ 液从脱氧到浇注的时间不宜太长，避免钢液氧化和吸气。

6.出钢温度
①当合金液成分、温度均已达到要求，脱氧也已完成时，即停电、扒渣， 出钢。

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七、浇注作业指导书
1.浇注温度 典型铸钢的浇注温度见表7-1。

表7-1 典型铸钢的浇注温度

2.浇注速度 采用浇包浇注5～10kg铸件时，浇注时间为4～8s。大型铸件的浇注速度参见表7-2。
表7-2 大型铸件的浇注速度

铸件重量/kg	浇注时间/s
＜100	＜10
100～300	＜20

3.铸型温度（即型壳温度）见表7-3和表7-4。 表7-3 合金浇注时型壳温度

表7-4 碳钢精铸件结构特点与型壳温度

铸件结构特点	型壳温度/℃	浇注温度/℃
小件（＜0.5 kg，壁厚＜5mm 中等件（0.5～2.5 kg），壁厚5～10mm 大件（＞2.5 kg），壁厚＞10mm	＞700 600～700 ＜500	1550～1580 1520～1550 1480～1520

铸件变形严重，应酌情采取缓慢冷却措施。为使铸件内部致密或细化晶粒则常采用加快冷却措施。

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八、浇包制备作业指导书
1.浇包尺寸 浇包容量和尺寸见表8-1。

表8-1 浇包容量和尺寸

容量/ kg	底径/mm	上径/mm	高度/ mm
7	220	270	260
11	260	300	310
14	275	325	340
18	290	340	380
21	320	370	440

2.筑包作业指导书 我厂采用酸性包衬。包衬材料配比见表8-2。 表8-2 酸性包衬材料配比（质量分数%）

3.包衬烘烤 包衬风干8h以上，再于850～900℃下烘烤2h以上，在焙烧炉内保温备用。

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九、碳钢铸件退火作业指导书见表9-1。
表9-1 碳钢铸件退火作业指导书

含碳量（质量分 数，%）	退火温度/℃	保温		冷却方式	布氏硬度HBS
		铸件壁厚/mm	时间/h
0.10～0.20 0.20～0.30 0.30～0.40 0.40～0.50 0.50～0.60	910～880 880～850 850～820 820～800 800～780	＜30	1	炉冷至620℃后出炉	115～143 133～156 143～187 156～217 187～230
		＞30	每增加30 mm， 增加1h

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十、铸件清理作业指导书
熔模铸件的清理，主要包括清除铸件在上的型壳、切除浇冒口和作业指导书肋、磨削铸件上的浇冒口余根、清除铸件表面和内腔的粘砂和氧化皮、清除铸件表面毛刺等，以获得表面光洁完整的铸件。

1.清除型壳
用气动压力使凿岩机的冲头压住带型壳的铸件组的浇口棒，启动凿岩机，对浇口棒产生高速冲击以去除铸件组上的型壳。

2.切割浇冒口
切割方法我厂采用氧-乙炔火焰切割浇冒口方法。主要设备有：乙炔发生器、氧气瓶、调压阀及割具。作业指导书特点为：切割效率高、使用灵活、便于切割结构复杂的浇注系统和厚大断面，但切口不平整、浇口余根较长、切口处硬度增高。

3.表面及内腔清理
我厂采用抛丸滚筒和喷砂机对铸件表面及内腔进行清理。

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十一、铸件修补作业指导书
1.补焊
①铸件补焊原则
a)铸件上存在不符合验收技术条件的缺陷（如穿透性孔洞、裂纹等），通过补焊方法修补后，可达到技术要求。通常应在铸件验收技术条件或订货合同中，规定允许补焊缺陷的大小及数量。

b)铸件上存在不符合验收技术条件的缺陷，如蜂窝状孔洞、大面积分散缩松或用户不允许修补的铸件，应视为废品。在铸件验收技术条件或订货合同中，应明确规定哪些缺陷不允许焊补。

c)铸件表面上发现有验收技术条件或订货合同中明确规定允许存在的缺陷，不必进行修补。补焊方法及设备见表11-1。

②铸件补焊方法及设备的选择，见表11-1。

表11-1 铸件补焊方法及设备

补焊方法	补焊设备		补焊特点及应用范围
	名称	型号
电弧焊	整流式直流弧焊机	ZXG-300	设备简单，操作方便，焊接质量决定于焊工 的技术水平。适用于在静止、冲击和振动载荷下工作的碳钢、低合金钢、不锈钢铸件补焊

③补焊用填充材料及辅料
铸件补焊用填充材料应根据铸件材料或铸件技术条件选用，一般可选用与铸件材料相同或近似的标准焊条或焊丝。碳钢铸件补焊用填充材料见表11-2。

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表11-2 碳钢铸件补焊用填充材料

铸件材料		焊丝	焊条
碳钢	ZG200-400 ZG230-450 ZG270-500 ZG310-570	H08A H08MnSiA	HT-3/H08A HT-1/H18CrMoA