5.7.1 連鑄用石墨制品

連續(xù)鑄造法可以省略鑄錠和開錠工序，直接擠壓或軋制生產(chǎn)板坯。 這種連鑄方法現(xiàn)在廣泛用于鑄鋼，生產(chǎn)鋼板和鋼棒； 還廣泛用于鋁等有色金屬板棒材。 黃銅等管材的生產(chǎn)已有 50 多年的歷史。 因?yàn)檫B鑄可以簡化工藝，提高產(chǎn)品合格率，并使產(chǎn)品組織均勻。 目前，有色金屬的塑性加工材料幾乎全部采用連鑄法。 連鑄用石墨性能見表5-43。 連鑄用石墨結(jié)晶器如圖5-44所示。

對于連鑄中使用的水口和芯棒，要求具有以下特性：

(1)導(dǎo)熱性好。

(2)高熱穩(wěn)定性和抗熱震性。

(3)潤滑性好。

(4) 不被熔融金屬潤濕。

(5)不與鑄造金屬發(fā)生反應(yīng)，不影響金屬質(zhì)量。

(6)易于在嚴(yán)格的公差要求下進(jìn)行加工。

一般來說，石墨材料幾乎可以滿足以上所有條件。 特別是微粉結(jié)構(gòu)的各向同性石墨材料機(jī)械強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)均勻致密，無大孔，膨脹系數(shù)可在相當(dāng)大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。 是金屬連續(xù)鑄造的良好結(jié)晶器。 材料。

如今石墨連鑄水口不僅適用于鑄鋼，還適用于銅、青銅、黃銅、磷青銅、白銅、鋁合金、鑄鐵等。生產(chǎn)過程中應(yīng)注意冷卻水的管理消除氣體的產(chǎn)生，防止表面變形。

連鑄用石墨材料特性：體積密度1.70-1.90g/cm3，彎曲強(qiáng)度40~，拉伸強(qiáng)度25~，導(dǎo)熱系數(shù)110~150W/(m·K) O型水口尺寸：最大外徑為圓棒直徑φ、長度，圓管分為φ390/φ和φ370/φ兩種。 垂直角板是，水平板是。 澆鑄速度根據(jù)澆鑄板尺寸的不同而不同，范圍為0.7～4m/min。 連鑄分為水平連鑄和立式連鑄（見圖5-45）。 水平連鑄方法簡單、易于實(shí)施，可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的棒材。 省略了水平連續(xù)鑄造裝置的模具部分的示意圖。 圖5-46為非金屬管材立式連鑄設(shè)備鑄模局部結(jié)構(gòu)示意圖。

5.7.2 鑄模

5.7.2.1 壓力鑄造用鑄模

壓力鑄造方法以前用于有色金屬，但1950年美國成功地使用石墨模具壓力鑄造鋼輪。 據(jù)說已經(jīng)生產(chǎn)了1000個(gè)石墨模具。 輪子的一生。 此項(xiàng)技術(shù)得到進(jìn)一步完善，采用壓力鑄造法生產(chǎn)不銹鋼等扁鋼坯料和方坯已獲得成功。

壓力鑄造可以生產(chǎn)出均勻無缺陷的鑄件，成品率高，而且不存在普通鑄件中不可避免的中心變形或收縮造成的偏析等缺陷。 鑄件尺寸精度高，內(nèi)部質(zhì)量好。 優(yōu)勢。 汽車零部件等鋅合金或銅合金壓鑄件的鑄造模具需要致密、機(jī)械強(qiáng)度高的人造石墨。

圖5-47示出了基于壓力鑄造法的車輪制造裝置和鋼坯制造裝置的概要。

5.7.2.2 離心鑄造用鑄模

離心鑄造法是將鋼水一邊旋轉(zhuǎn)一邊注入石墨鑄型，依靠離心力使鋼水緊貼鑄型內(nèi)壁凝固。 因此，圓筒、管子等空心鑄件或大多數(shù)圓形鑄件都適合采用一次性模鑄造。 采用這種方法，鋼水中的氣體、爐渣等雜質(zhì)會因密度差異而集中在鑄件的內(nèi)表面。

5.7.3 熱壓模具

人造石墨熱壓模具用于硬質(zhì)合金壓力燒結(jié)時(shí)具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是壓制溫度提高到1350~1450℃，所需單位壓力可降低到6.7-（即冷壓（當(dāng)時(shí)壓力的1/10）就足夠了；其次，壓制和加熱在同一過程中進(jìn)行，短時(shí)間的燒結(jié)即可得到致密的燒結(jié)體，大大降低了成本。在溫度和壓力條件下，采用人造石墨材料的優(yōu)點(diǎn)是其他材料無法比擬的，硬質(zhì)合金熱壓鑄模具結(jié)構(gòu)如圖5-48所示。

近年來，人造石墨熱沖壓模具在氮化硼刀具生產(chǎn)中也取得了良好的效果。 當(dāng)加熱溫度達(dá)到1780℃左右時(shí)，單位壓力為56~。 該熱沖壓模具的上下沖頭、陰模套、墊片、加熱器部件均采用人造石墨制成。 其結(jié)構(gòu)原理與圖5-47類似。 但由于其熱壓溫度高、壓力大，因此上下沖頭和陰模套應(yīng)采用高強(qiáng)度、高密度的人造石墨材料，如M205。

隨著新型陶瓷的出現(xiàn)，人造石墨材料也被用于成型模具中。 由于人造石墨材料的線膨脹系數(shù)較小，用其生產(chǎn)的制品具有較高的形狀和尺寸穩(wěn)定性。 另外，由于人造石墨材料導(dǎo)熱系數(shù)大，抗熱震性能好，也有利于模具的快速冷卻和快速加熱。 人造石墨材料具有較高的高溫強(qiáng)度，成為熱壓成型的必要條件。 人造石墨熱壓模具也已成功用于成型金剛石砂輪和金剛石鉆頭。

近年來，隨著熱壓技術(shù)的發(fā)展，對成型條件的要求向高溫高壓方向發(fā)展，這對制造模具所用的人造石墨材料提出了更高的要求。 我國新開發(fā)的可用作熱壓模具的M205人造石墨材料的抗壓強(qiáng)度已達(dá)到以上。 目前，一些國家用于熱壓模具的石墨材料抗彎強(qiáng)度可達(dá)100%。 碳纖維復(fù)合材料具有較高的強(qiáng)度，但由于價(jià)格等問題其使用受到限制。

設(shè)計(jì)熱壓用人造石墨模具時(shí)，圓柱模具所承受的應(yīng)力為：

式中，a為凹模內(nèi)徑； 平方是模具的外徑； h是內(nèi)部壓力。

外徑與內(nèi)徑之比一般為3～4?？紤]到安全問題，作為機(jī)械碳，b/a可為5～10。 當(dāng)壓力不大時(shí)，考慮到熱沖壓模具是消耗品，為了降低成本，b/a也可以采用較低的值L5~2。 使用人造石墨熱沖壓模具時(shí)，需要考慮人造石墨材料的蠕變。 從技術(shù)上講，大約2400°C是工作溫度極限，因?yàn)楦哂谶@個(gè)溫度，石墨材料會發(fā)生一定程度的蠕變。 有用戶發(fā)現(xiàn)，石墨模具在2400℃以下也會出現(xiàn)一定程度的蠕變。 雖然很小，但還是要經(jīng)常檢查。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在1200℃左右以下可獲得較長的使用壽命。

5.7.4 其他模具

5.7.4.1 玻璃成型模具

自古以來，木炭就被用作玻璃成型的模具。 例如，在木質(zhì)固定板上進(jìn)行手工作業(yè)時(shí)，與高溫玻璃接觸時(shí)表面會碳化，以防止其與玻璃熔化。 碳石墨材料還具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，不易被熔融玻璃滲透，不會改變玻璃的成分； 石墨材料還具有良好的耐熱震性，尺寸隨溫度變化小。 因此，近年來在玻璃制造過程中，已成為不可缺少的模具材料，可用于制作玻璃管、彎頭、漏斗等各種異形玻璃瓶的模具。

5.7.4.2 燒結(jié)模具及其他

利用人造石墨材料熱變形極小的特點(diǎn)，可以制造晶體管的燒結(jié)模具和支架。 現(xiàn)已得到廣泛應(yīng)用，已成為半導(dǎo)體工業(yè)發(fā)展不可或缺的材料。

此外，人造石墨還用于鑄鐵模具、各種有色金屬耐用模具、鑄鋼模具、耐熱金屬（鈦、鋁、鉗子等）模具以及焊接鋼軌鋁熱劑焊劑鑄造模具、金剛石工具燒結(jié)模具等

人造石墨模具的形狀和尺寸往往由用戶選定，由碳石墨制品廠按要求由大毛坯加工而成。