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本书总结了我国近三十年来航空航天工业近净形熔模铸造理论和实践的研究成果。着重阐述了近净形熔模精密铸造技术的理论基础、熔模、陶瓷型壳、陶瓷型芯材料、近净形熔模铸造工艺及其在高温合金、钛合金和铝合金复杂构件中的应用。此外，还简述了近净形熔模精密铸件的后处理与质量检测等。
本书可供从事熔模精密铸造技术研究和生产的科技人员和高等院校师生参阅。
熔模精密铸造：从科学原理到工业应用 熔模精密铸造，一项古老而又充满活力的制造工艺，在现代工业中扮演着不可或缺的角色。它以其独特的优势，能够生产出形状复杂、尺寸精确、表面光洁度高的金属零件，广泛应用于航空航天、汽车制造、医疗器械、能源动力以及精密仪器等多个领域。本书旨在深入探讨熔模精密铸造的科学原理，剖析其核心工艺环节，并结合实际工业应用，展示其在不同行业中的价值与潜力。 第一章 熔模精密铸造概论 本章将对熔模精密铸造进行全面的介绍。我们将追溯其历史渊源，了解这项技术是如何从古代的失蜡法演变而来，并逐渐发展成为现代精密制造的关键技术。接着，我们将阐述熔模精密铸造的定义、基本原理以及其区别于其他铸造方法的显著特点。核心优势，例如高精度、复杂形状成型能力、优异的表面质量、材料适用性广泛以及无需或减少机械加工等，将得到详细的论述。同时，我们也会客观分析其存在的局限性，如较高的模具成本、生产周期相对较长以及对操作环境的要求等，为读者建立一个全面客观的认知框架。本章还将简要介绍熔模精密铸造在国民经济中的重要地位和发展趋势，为后续章节的学习打下基础。 第二章 熔模材料与模型制造 熔模精密铸造的工艺流程始于熔模的制造，而熔模的材料选择和制造工艺直接影响到最终铸件的质量和精度。本章将重点介绍常用的熔模材料。我们将深入分析蜡基熔模材料的成分、性能要求以及不同牌号蜡料的适用性。除了蜡基材料，其他类别的熔模材料，如聚合物基熔模材料、陶瓷熔模材料以及可溶性熔模材料，也将得到介绍，并阐述它们各自的优势和应用场景。 模型制造是熔模精密铸造的第一步，其精度直接决定了最终铸件的尺寸精度。本章将详细介绍模型制造的各种方法。注射成型是目前最主流的模型制造技术，我们将深入剖析注射成型的工艺参数，如注射压力、注射温度、保压时间、冷却时间等，以及这些参数对熔模质量的影响。此外，三维打印技术，特别是熔融沉积成型（FDM）、光固化（SLA）和选择性激光烧结（SLS）等，在熔模制造中的应用也将得到重点介绍，分析其在快速原型制造、小批量生产以及复杂结构模型制作方面的优势。对于更精密的模型，如金属模具制造，也将有所涉及。 第三章 陶瓷型壳制备技术 陶瓷型壳是熔模精密铸造的核心载体，其质量的好坏直接关系到铸件的完整性和表面质量。本章将深入探讨陶瓷型壳的制备技术。我们将详细介绍型壳的构成，包括耐火材料（如石英、锆英砂、刚玉等）和粘结剂（如乙醇钠、硅酸乙酯等）的选择与配比。 型壳的成型过程是关键，我们将详细介绍涂料制备、浸渍、撒砂和干燥等各个环节。涂料的流动性、触变性、湿强度以及干燥收缩率等关键性能指标将得到详尽解释。浸渍过程中的粘度控制、浸渍深度以及溢出现象的防止也将是讨论的重点。撒砂过程中，砂粒的粒度分布、种类以及撒砂均匀性对型壳强度的影响将进行分析。 干燥是型壳制备中至关重要的一环，我们将详细介绍不同干燥方法（如自然干燥、强制热风干燥、微波干燥等）的原理、优缺点以及对型壳性能的影响。对于多层型壳的制备，其层间结合强度、层数控制以及每一层的厚度均匀性都将是讨论的重点。此外，我们还将介绍用于提高型壳强度和抗热震性的各种添加剂和表面处理技术。 第四章 熔化与浇注工艺 熔化与浇注是决定铸件金相组织和宏观质量的关键环节。本章将围绕这两大工艺展开深入分析。 在熔化方面，我们将重点介绍用于熔模精密铸造的各种熔炼设备，包括感应电炉（中频、高频）、电阻炉以及真空感应熔炼炉等。对于不同合金的熔炼，我们将详细阐述其熔点、氧化性、脱气需求以及对坩埚材料的特殊要求。我们将深入探讨影响熔体纯净度的因素，如炉料纯度、熔剂的使用、气氛保护以及渣的去除等。脱气和精炼技术，如真空脱气、氩气吹扫以及化学精炼剂的使用，将作为重要内容进行阐述，以获得高质量的熔体。 浇注工艺的设计是确保铸件完整性和组织均匀性的关键。我们将详细介绍浇注系统的设计原则，包括主流道、横流道、内浇口和冒口的设计。对于不同形状和尺寸的铸件，浇注系统的优化策略将得到探讨。浇注温度、浇注速度和浇注压力等参数对铸件的致密性、缩孔、气孔以及晶粒组织的影响将进行详细分析。自耗电极真空熔炼（VAR）和真空电弧重熔（ESR）等特殊熔炼与浇注技术，在航空航天等高端领域的应用也将有所介绍。 第五章 型壳焙烧与金属凝固 型壳焙烧是为熔化和浇注做好准备的关键步骤，其目的是去除熔模残留物，同时使型壳获得足够的强度和热稳定性。本章将详细介绍型壳焙烧的工艺流程。我们将探讨焙烧温度、升温速率、保温时间和气氛控制对型壳性能的影响。过高的温度可能导致型壳过度烧结，降低其透气性，而过低的温度则可能导致熔模残留物未能完全清除，影响铸件质量。 金属凝固过程是形成铸件最终组织的微观基础。本章将深入探讨不同合金的凝固机理。我们将从热力学和动力学角度分析枝晶生长、晶粒细化、相变以及偏析等现象。对于常见合金体系，如钢铁、铝合金、铜合金和镍基合金等，其特有的凝固行为和影响因素将得到详细阐述。我们将讨论如何通过控制冷却速度、晶粒细化剂和溶质元素分布等手段，来改善铸件的力学性能和组织均匀性。 第六章 清理、热处理与检测 铸件凝固完成后，需要经过一系列的清理、热处理和检测环节，才能成为合格的产品。本章将详细介绍这些后处理工艺。 清理环节包括去除浇冒口、清理型砂、去除氧化皮和毛刺等。我们将介绍常见的清理设备和方法，如气割、锯切、打磨、喷砂和抛丸等，并分析它们的适用范围和操作要点。 热处理是改善铸件性能，满足特定应用要求的重要手段。本章将系统介绍常用的热处理工艺，如退火、正火、淬火、回火以及固溶处理等。我们将详细阐述不同热处理工艺的原理、目的、工艺参数（温度、时间、冷却介质）及其对铸件组织和性能的影响。对于特殊的合金体系，如时效处理、调质处理等，也将予以介绍。 质量检测是确保铸件性能达到设计要求的重要保障。本章将全面介绍熔模精密铸造的各种检测方法。我们将重点介绍无损检测（NDT）技术，包括射线检测（X射线、γ射线）、超声波检测、磁粉检测和渗透检测等，阐述它们在检测铸件内部和表面缺陷方面的原理和应用。同时，也将介绍显微组织分析、力学性能测试（拉伸、冲击、硬度）、化学成分分析以及尺寸和表面粗糙度测量等理化检测方法。 第七章 熔模精密铸造在各行业的应用 本章将展示熔模精密铸造在不同工业领域的广泛应用，并通过具体的案例分析，突出其技术优势和经济效益。 在航空航天领域，由于对零件的轻质化、高强度、高耐温性以及复杂形状的需求，熔模精密铸造扮演着至关重要的角色。我们将重点介绍航空发动机叶片、涡轮盘、燃油系统的精密组件等典型零件的制造工艺。 在汽车工业，熔模精密铸造被广泛应用于制造发动机内部零件、传动系统组件、制动系统零件以及排气系统等。我们将探讨其在提高零件集成度、降低重量以及改善燃油经济性方面的作用。 在医疗器械领域，对材料的生物相容性、精度和表面光洁度要求极高。我们将介绍人工关节、手术器械、骨科植入物等医疗器械的精密铸造应用。 在能源动力领域，如燃气轮机、蒸汽轮机、核电站关键部件等，熔模精密铸造提供了高温、高压环境下运行所需的精密构件。 此外，本章还将简要介绍其在精密仪器、模具制造、化工设备等领域的应用，以展现熔模精密铸造技术的多元化和高价值。 第八章 发展趋势与挑战 本章将展望熔模精密铸造的未来发展方向，并探讨其面临的挑战。 在技术发展方面，我们将关注新材料、新工艺、智能化制造和数字化技术在熔模精密铸造领域的应用。例如，新型陶瓷材料的开发，用于制造更高精度、更高强度型壳；激光熔融沉积（SLM）等增材制造技术与传统熔模铸造的结合，实现更复杂结构的设计与制造；以及人工智能（AI）在工艺参数优化、缺陷预测和质量控制中的应用。 在行业发展方面，我们将探讨绿色制造、可持续发展和节能减排在熔模精密铸造中的重要性。 同时，我们也将分析熔模精密铸造行业面临的挑战，包括成本控制、技术人才的培养、环保法规的日益严格以及国际竞争的加剧等。最后，对未来发展前景进行总结和展望。 通过对熔模精密铸造理论与实践的全面梳理，本书旨在为读者提供一个深入、系统、实用的知识平台，无论是初学者还是资深从业者，都能从中获得有价值的见解和启示，共同推动熔模精密铸造技术向更高、更远的方向发展。
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