Ju.2007 676 FOUNDRY ol, 56 No. 7 低了20mNm,而且耐热性能也优于聚亚胺酯人造橡43力学性能的研究 胶,因此,虽然硅树脂橡胶的润湿性能低于聚亚胺酯 微铸件的力学性能是优化微铸件的结构设计和优 人造橡胶,在综合比较后选择了硅树脂橡胶作为弹性化微精密铸造工艺的重要依据,关系到工业实际应用 模材料。 的前景。目前的研究只是单纯的局限在测试铸件力学 .3实物模型及陶瓷铸型 性能指标上,进一步的理论研究还很少 日本工业大学的 Hiroyuki Noguch等人在微模型的 Baumeister等人测试力学性能的微拉伸试样的尺 材料选择方面独辟蹊径,直接使用真实的蚂蚁作为模寸为130μm×260μmx4mm,试样是在两种型温下浇 型,蚂蚁被烘干处理后,用胶固定在一个金属针尖上注成形,以得到铸型预热温度对力学性能的影响。M (针尖的直径为07mm)。研究者在配制陶瓷浆料时,首 upon e测等人测试力学性能的微拉伸试样的尺寸为 先通过用两倍的水稀释混合可溶性酚醛树脂无机自硬化130μm×260μm×780μm,铸型预热温度为700℃,弯 铸造胶附剂和硬化剂,制得粘结剂,然后将一定数量的曲试样的尺寸为1mmx02mmx0.2mm。两种热处理工 超细氧化铝粉(平均颗粒尺寸07μm)与粘结剂混合,艺:①浇注后试样随炉冷却到室温;②浇注后试样连 搅拌制得陶瓷浆料。一定量的陶瓷浆料被装入到一个内同铸型在冷水中淬火,然后试样在400℃的温度下时 径11mm的试管中,同时,蚂蚁模型也被浸入到试管中效20-30min 的陶瓷浆料内(距试管底部5mm)。随后,把试管安装 Baumeister的研究结果:型温为700℃时,试样的 到离心分离器上,利用离心力甩出多余的粘结剂,增加=630MPa、σ910MPa;型温为900℃时,试样的 陶瓷粉的密度,制得微铸型毛坏 σ、=450MPa、σ5=706MPa。这是因为随着铸型预热温 接下来的步骤与传统熔模型壳制备类似,首先将度的增加,铸件的晶粒尺寸也随之增加,降低了铸件 毛坯从试管中取出,金属针也被拔出,然后在真空干的力学性能。 Auhor做了6组试验得到的结果比较分 燥箱中(200℃)烘干水分,最后在可控的温度下去散,试验结果如表1所示,该试样的屈服强度和抗拉强 除粘结剂并烧结陶瓷浆料得到微铸型。 度与 Baumeister在型温为700℃时的结果相比值偏小 4微铸件的表面粗糙度、显微组织与这说明变形行为受各向异性影响很大。 表1拉伸试样的力学性能 力学性能研究 Table 1 Mechanical parameters of tensile specimens 微铸件质量的优劣,决定了其应用领域前景。因 /MPa 此,需要对制备的微铸件的基本性能进行测试与分析 最小值 但目前为止,只有德国卡尔斯鲁厄研究所的科学家进 最大值63 0.34 5.28 行了这方面的研究。 4.1表面粗糙度的研究 铸型预热温度和铸造方法也是影响微铸件表面粗 5讨论 糙度的两个关键因素。研究表明,对同一铸造方法 综上所述,德、日、韩三国的科学家对基于传统 随着铸型预热温度由700℃提高到1000℃,表面粗糙熔模铸造工艺的微精密铸造工艺进行了研究,各自提 度值减小,这是因为在高温条件下,会在铸件表面形出了不同微精密铸造工艺,同时成功制备了具有代表 成一层薄的光滑氧化层,提高铸件表面光洁度;对同性的微铸件。德国的卡尔斯鲁厄研究所研究的更为深 铸型温度,采用真空压力铸造获得的微铸件的表面入,对制备的微铸件的力学性能和显微组织等方面作 粗糙度明显低于离心铸造制备的微铸件,这是因为离了部分工作,研究了铸型预热温度与微铸件表面粗糙 心铸造条件下,充型压力大约在2-2.5MPa,高的充型度、晶粒度及力学性能的关系,这对微精密铸造研究 压力能够确保充型完整,但也会最大限度的复制铸型的全面展开奠定了基础。但纵观上述三种不同的微精 的表面细节,而铸型的表面粗糙度则相对降低。 密铸造工艺,存在以下缺点 4.2晶粒度的研究 (1)微熔模精密铸造工艺是将熔模型壳预热到很 Baumeister等人还同时测试了铸型预热温度对微铸高温度下进行的,实际上是以牺牲微铸件的显微组织 件晶粒度的影响。试验表明:随着铸型预热温度的增为代价的,并且必然会使微构件的力学性能受到较大 加,铸件的晶粒尺寸也增加。对于金基合金,铸型温损失 度由100℃增加到1000℃时,晶粒尺寸从30μm增加 (2)在选用的铸造合金时,只考虑了合金的充型 1μm;对于铝青铜合金,铸型温度由100℃增加到能力,即流动能力的高低,而忽略了工业应用前景 1000℃时,晶粒尺寸从30μm增加到170μm。这是由于 (3)微熔模铸造工艺流程繁杂,制约了微铸件的 两合金的凝固区间不同,引起冷却速度不同造成的 生产效率;· 676 · FOUNDRY Ju1．2007 VOI．56 NO．7 低 了20mN／m，而且耐热性能也优于聚亚胺酯人造橡 胶 ，因此 ，虽然硅树脂橡胶的润湿性能低于聚亚胺酯 人造橡胶 ，在综合 比较后选择 了硅树脂橡胶作为弹性 铸模材料。 3．3 实物模型及陶瓷铸型 日本工业大学 的HiroyukiNoguchi等人在微模型的 材料选择方面独辟蹊径 ，直接使用真实的蚂蚁作为模 型 ，蚂 蚁被 烘干 处理后 ，用胶 固定在 一个 金属 针尖 上 (针尖的直径为0．71Tlln)。研究者在配制陶瓷浆料时，首 先通过用两倍的水稀释混合可溶性酚醛树脂无机 自硬化 铸造胶附剂和硬化剂 ，制得粘结剂，然后将一定数量的 超细氧化铝粉 (平均颗粒尺寸0．7 m)与粘结剂混合 ， 搅拌制得陶瓷浆料。一定量的陶瓷浆料被装入到一个内 径 111Tlln的试管 中 ，同时 ，蚂蚁模 型也被浸 入到试管 中 的陶瓷浆料内 (距试管底部51Tlln)。随后 ，把试管安装 到离心分离器上，利用离心力甩出多余的粘结剂 ，增加 陶瓷粉的密度 ，制得微铸型毛坯 26]。 接下来的步骤与传统熔模 型壳制备类似 ，首先将 毛坯 从试 管 中取 出 ，金 属针 也被 拔 出 ，然后 在 真空 干 燥箱 中 (200℃)烘干水分 ，最后在可控 的温度下去 除粘结剂并烧结陶瓷浆料得到微铸型。 4 微铸件 的表面粗糙度 、显微组织与 力学性 能研 究 微铸件质量的优劣 ，决定了其应用领域前景。因 此 ，需要对制备的微铸件 的基本性能进行测试与分析 ， 但 目前为止 ，只有德国卡尔斯鲁厄研究所 的科学家进 行 了这方面 的研 究 。 4．1 表面粗糙度的研究 铸型预热温度和铸造方法也是影响微铸件表面粗 糙度的两个关键 因素。研究表明，对同一铸 造方法 ， 随着铸型预热温度由700℃提高到1000℃，表面粗糙 度值减小 ，这是因为在高温条件下 ，会在铸件表面形 成一层薄的光滑氧化层 ，提高铸件表面光洁度 ；对同 一 铸型温度 ，采用真空压力铸造获得的微铸件的表面 粗糙度 明显低于离心铸造制备的微铸件 ，这是因为离 心铸造条件下 ，充型压力大约在2～2．5MPa，高的充型 压力能够确保充型完整 ，但也会最大限度的复制铸型 的表面细节 。而铸型的表面粗糙度则相对降低[1 。 4．2 晶粒度的研究 Baumeister等人还同时测试了铸型预热温度对微铸 件晶粒度 的影响。试验表明：随着铸型预热温度 的增 加 ，铸件的晶粒尺寸也增加。对于金基合金，铸型温 度 由 100℃增 加 到 1000℃时 ，晶粒 尺 寸从 30 m增 加 到91Ixm；对于铝青铜合金，铸型温度由100℃增加到 1000℃时 ，晶粒尺寸从30 n1增加到 170Ixm。这是 由于 两合金的凝固区间不同，引起冷却速度不同造成的【3-~5]。 4．3 力学性能的研究 微铸件的力学性能是优化微铸件的结构设计和优 化微精密铸造工艺的重要依据 ，关系到工业实际应用 的前景 。目前的研究只是单纯的局限在测试铸件力学 性能指标上 ，进一步的理论研究还很少。 Baumeistert等人测试力学性能的微拉伸试样的尺 寸 为 130ixmx260Ixmx4mm，试 样 是在 两 种 型 温下 浇 注成形 ，以得到铸型预热温度对力学性能的影响。M Auhom~2-e81等人测试力学性能的微拉伸试样的尺寸为 130ixmx260ixmx780Ixm，铸型预热温度为700℃，弯 曲试样 的尺寸 为 1mmx0．2mmx0．2mm。两种 热处理 工 艺：①浇注后试样随炉冷却到室温；②浇注后试样连 同铸型在冷水 中淬火 ，然后试样在400℃的温度下时 效20～30min。 Baumeister的研究 结果 ：型 温为700℃时 ，试 样 的 o-s=630MPa、O'b=910MPa；型 温 为 900℃ 时 ，试样 的 O-s=450MPa、0"b=706MPa。这 是 因为 随 着铸 型 预 热温 度的增加 ，铸件的晶粒尺寸也随之增加 ，降低 了铸件 的力 学 性 能 。Auhom做 了6组 试 验得 到 的结 果 比较 分 散，试验结果如表 l所示 ，该试样的屈服强度和抗拉强 度与Baumeister在型温为700℃时的结果相 比值偏小 ， 这说 明变形行为受各 向异性影响很大。 表1拉伸试样的力学性能 Table 1M echanicalparametersoftensilespecim ens 5 讨 论 综上所述 ，德 、日、韩三国的科学家对基于传统 熔模铸造工艺的微精密铸造工艺进行了研究 ，各 自提 出了不同微精密铸造工艺 ，同时成功制备 了具有代表 性的微铸件 。德 国的卡尔斯鲁厄研究所研究的更为深 入 ，对制备的微铸件的力学性能和显微组织等方面作 了部分工作 ，研究了铸型预热温度与微铸件表面粗糙 度 、晶粒度及力学性能的关系，这对微精密铸造研究 的全 面展开 奠定 了基 础 。但 纵 观上 述 三种不 同的微 精 密铸造工艺 ，存在 以下缺点： (1)微熔模精密铸造工艺是将熔模型壳预热到很 高温度下进行 的，实际上是 以牺牲微铸件 的显微组织 为代价的，并且必然会使微构件 的力学性能受到较大 损失； (2)在选用的铸造合金时 ，只考虑 了合金的充型 能力，即流动能力的高低 ，而忽略了工业应用前景 ； (3)微熔模铸造工艺流程繁杂 ，制约了微铸件 的 生产效率 ； 维普资讯 http://www.cqvip.com