(高清版)GBT 40738-2021 熔模鑄造 硅溶膠快速制殼工藝規(guī)范

熔模鑄造硅溶膠快速制殼工藝規(guī)范2021-10-11發(fā)布2022-05-01實(shí)施國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)I本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件由全國(guó)鑄造標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC54)提出并歸口。本文件起草單位：東風(fēng)精密鑄造有限公司、東營(yíng)嘉揚(yáng)精密金屬有限公司、勝利新大實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司、上海交通大學(xué)、蘇州泰爾航空材料有限公司、浙江米皇新材股份有限公司、中國(guó)航發(fā)南方工業(yè)有限公司、貴州安吉航空精密鑄造有限責(zé)任公司、青島新諾科新材料科技發(fā)展有限公司、沈陽(yáng)鑄造研究所有限公司、東莞德威鑄造制品有限公司、山東泰義金屬科技有限公司。1熔模鑄造硅溶膠快速制殼工藝規(guī)范本文件規(guī)定了熔模鑄造硅溶膠快速制殼所用原輔材料，快速制殼工藝技術(shù)要求，檢驗(yàn)與檢測(cè)方法。本文件適用于熔模鑄造硅溶膠快速制殼原輔材料的選擇、工藝制定與過程控制。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于GB/T5611鑄造術(shù)語(yǔ)GB/T11007電導(dǎo)率儀試驗(yàn)方法GB/T11165實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)GB/T14235.1熔模鑄造低溫模料第1部分：物理性能試驗(yàn)方法GB/T32251熔模鑄造工藝污染物的控制HB5346熔模鑄造用硅溶膠HB5347熔模鑄造用電熔白剛玉粉HG/T2521工業(yè)硅溶膠JB/T11733熔模鑄造用煅燒高嶺土砂粉GB/T5611界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。熔模鑄造用黏結(jié)劑，與耐火粉料構(gòu)成熔模鑄造用涂料。通過對(duì)硅溶膠膠團(tuán)微結(jié)構(gòu)改造、表面離子改性、添加水溶性高聚物材料或者幾種措施復(fù)合作用，縮短制殼干燥時(shí)間的特殊硅溶膠品種。2熔模鑄造用耐火材料顆粒物。注：型殼用砂粉按粒徑或粗細(xì)度的不同分粉料和砂料，粉料粒徑為0.075mm(粗細(xì)度200目)以下的顆粒物；砂料粒徑一般在0.075mm～3.350mm(粗細(xì)度200目～6目)之間。常用粉料和砂料包括鋯英石、剛玉、高嶺土、鋁礬粉液比powder-to-liquidratio涂料中粉料與黏結(jié)劑、去離子水等液體溶劑的質(zhì)量比?？焖僦茪astdryingofceramicshell通過使用快干硅溶膠、快干劑等對(duì)制殼涂料改性，及通過制殼環(huán)境參數(shù)改變，使其制殼干燥時(shí)間比傳統(tǒng)工藝縮短1/2以上的一種制殼工藝。4快速制殼用原輔材料熔模鑄造常用模料包括填充型模料、非填充型模料及快速原型等。模料的軟化點(diǎn)、線收縮率、灰分等指標(biāo)應(yīng)滿足工藝要求。4.2黏結(jié)劑可選擇快干硅溶膠成品或普通硅溶膠。普通硅溶膠宜與快干劑配合使用。硅溶膠的SiO?含量、平均粒徑應(yīng)滿足工藝要求。4.2.2熔模鑄造用普通硅溶膠熔模鑄造常用的堿性硅溶膠產(chǎn)品，均適用于本文件?？旄晒枞苣z的種類、品牌、快干機(jī)理各不相同，其用于制殼的干燥時(shí)間應(yīng)能滿足表1要求。表1快干硅溶膠各層型殼的干燥時(shí)間層次層間干燥時(shí)間與普通硅溶膠干燥時(shí)間比絕對(duì)干燥時(shí)間/h面層過渡層加固層封漿4.3耐火材料4.3.1快速制殼所用砂料可以選擇高嶺土熟料、電熔白剛玉、鋯英、鋁礬土、石英等，其平均粒度、SiO?3含量、Al?O?含量應(yīng)滿足工藝要求。4.3.2為避免粉料中堿性氧化物、水溶帶電離子破壞涂料性能，宜監(jiān)測(cè)粉液pH值、電解質(zhì)電導(dǎo)率。煅燒高嶺土粉液按照附錄A方法制備。煅燒高嶺土粉液pH值與電導(dǎo)率見表2。表2高嶺土粉液pH值與電解質(zhì)電導(dǎo)率檢測(cè)項(xiàng)目參考范圍電解質(zhì)電導(dǎo)率/(μS/cm)4.3.3粉料、撒砂料按面層、過渡層、加固層(也稱“背層”)區(qū)分。砂粉料粒度按制殼層次均衡增加；不同制殼層次采用同一種粉料的，粉料粒徑可以相同。具體耐火材料粒度見表3。表3不同制殼層次的耐火材料粒度耐火材料層次常用粒度(單位：目數(shù)或mm)備注制殼粉料面層、過渡層、加固層按目數(shù)：200;270;325;400按粒徑(mm):0.075;0.053;0.045;0.038視粉料品種選擇制殼砂料面層按目數(shù)：40～70;40～100;80～120按粒徑(mm):0.212～0.425;0.150～0.425;0.125～0.180視工藝要求選擇過渡層按目數(shù)：30～60;60～80按粒徑(mm):0.250～0.600;0.250～0.180視工藝要求可微調(diào)加固層按目數(shù)：16～30;8～16按粒徑(mm):0.600～1.18;1.18～2.364.4快干劑4.4.1快干劑包括液態(tài)快干劑和固態(tài)快干劑。常見的液態(tài)快干劑包括聚丙烯酰胺、聚丙烯酸鉀、聚丙烯酸鈉等；固態(tài)快干劑一般是水溶性高聚物，如聚乙烯醇等。4.4.2在普通硅溶膠中添加快干劑后，制殼干燥時(shí)間應(yīng)達(dá)到表1規(guī)定的絕對(duì)干燥時(shí)間。4.4.3不同類型的快干劑，添加方式、添加量與預(yù)處理方式均不相同，應(yīng)單獨(dú)建立操作規(guī)程予以控制。4.5其他輔助材料4.5.1面層涂料中添加表面活性劑。表面活性劑宜選用非離子型產(chǎn)品，避免活性劑與硅溶膠之間的相互影響。4.5.2面層涂料中添加消泡劑。消泡劑宜選用非離子型有機(jī)硅類產(chǎn)品。4.5.3根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，快速制殼所用的硅溶膠或涂料中還應(yīng)添加防止型殼干燥過快而開裂的輔助強(qiáng)化材料，輔助強(qiáng)化材料添加后應(yīng)確保型殼強(qiáng)度、鑄件表面質(zhì)量符合工藝要求。5快速制殼工藝技術(shù)要求5.1蠟?zāi)＝M樹檢查制殼前應(yīng)確認(rèn)蠟?zāi)Ｙ|(zhì)量符合工藝質(zhì)量要求，檢查蠟?zāi)＝M樹表面是否清洗干凈，無蠟滴與蠟屑、無披縫與焊縫。45.2快速制殼工藝流程5.2.1快速制殼工藝流程見圖1。(面層)(面層)配制涂料上涂料撒砂干燥配制涂料配制涂料配制涂料(過渡層)上涂料上涂料(封漿)撒砂干燥丁燥圖1硅溶膠快速制殼工藝示意圖5.2.2根據(jù)零件結(jié)構(gòu)可分別設(shè)置多層面層、過渡層、加固層。5.3配制涂料5.3.1快速制殼用涂料采用快干硅溶膠直接與粉料按一定粉液比配制；或采用普通硅溶膠與一定量的快干劑混溶后，再與粉料按一定粉液比配制。5.3.2配制涂料在連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的涂料攪拌桶中完成，加料次序及攪拌要求如下。a)快干硅溶膠可一次性加入攪拌桶；普通硅溶膠一次性加入后，攪拌桶邊旋轉(zhuǎn)邊緩慢加入快干劑，快干劑全部加入后，攪拌時(shí)間不低于3min,確保膠水中無絮狀物。b)耐火粉料可分兩至三次加入攪拌桶，每次加入后攪拌時(shí)間不低于5min,確保涂料桶內(nèi)無未分散的粉團(tuán)；其他固態(tài)添加劑混合在粉料中一起添加。c)視制殼質(zhì)量需要，加入表面活性劑、消泡劑、懸浮劑等液態(tài)添加劑。d)涂料組分全部添加進(jìn)涂料攪拌桶后，開始計(jì)量涂料攪拌時(shí)間。5.3.3應(yīng)設(shè)定面層、過渡層、加固層等各層涂料最低攪拌時(shí)間，保證涂料均勻，且涂料黏度、涂片重量、涂料密度等主要參數(shù)達(dá)到工藝要求方能使用。典型耐火材料配制的快干硅溶膠涂料攪拌時(shí)間見表4。表4典型耐火材料涂料配制攪拌時(shí)間單位為小時(shí)層次鋯英粉涂料莫來粉涂料石英粉涂料重點(diǎn)監(jiān)控指標(biāo)新配涂料補(bǔ)充配料新配涂料補(bǔ)充配料新配涂料補(bǔ)充配料面層涂料黏度、涂片厚度、涂料密度過渡層加固層涂料黏度、涂料密度采用附錄B中的標(biāo)準(zhǔn)流杯，分3次測(cè)量涂料黏度，每次間隔1min,測(cè)量涂料攪拌桶中3個(gè)點(diǎn)的涂料黏度；黏度值誤差士2S,即可判定攪拌均勻。55.3.4快速制殼涂料的壽命較普通硅溶膠涂料會(huì)有所縮短，涂料配制后應(yīng)盡快用完。未用盡涂料在涂料桶中維持?jǐn)嚢枞舫^3天，再次使用前應(yīng)重新測(cè)定涂料黏度、涂片厚度、涂料密度等指標(biāo)是否符合工才能使用。未用盡涂料超過7天的，還應(yīng)增加膠凝性指標(biāo)檢測(cè)，膠凝性超標(biāo)20%的，不應(yīng)繼續(xù)使用。5.4快速制殼工藝5.4.1熔模鑄造制殼工藝包括上涂料、撒砂、干燥等3個(gè)工序。5.4.2上涂料包括常壓或真空流涂、浸涂與噴涂等?？焖僦茪ど贤苛弦话悴捎贸航炕蛄魍?。5.4.3撒砂采用浮砂或淋砂方式。5.4.4型殼干燥主要控制溫度、濕度、風(fēng)速三個(gè)參數(shù)。不同鑄件結(jié)構(gòu)、不同模料、不同耐火材料、不同涂料黏度，干燥的溫度、濕度、風(fēng)速設(shè)置均不相同。表5列出了適宜于快速制殼干燥通用性環(huán)境參數(shù)。表5適宜于快速制殼干燥通用性環(huán)境參數(shù)層次溫度/℃風(fēng)速/(m/s)層間干燥時(shí)間/h干燥判斷面層測(cè)量孔、槽等深腔部位型殼溫度與外表面溫差，面層、過渡層溫差≤1℃,加固層≤1.5℃過渡層45～65加固層封漿具體濕度要求可根據(jù)區(qū)域環(huán)境、季節(jié)變化，由供方自行調(diào)整。環(huán)境溫度視產(chǎn)品尺寸精度、模料種類，由供方自定。制殼環(huán)境濕度越大，溫度越低，風(fēng)速相應(yīng)宜調(diào)大。5.4.5脫蠟及焙燒后的型殼應(yīng)滿足抗彎強(qiáng)度要求值，并能保障產(chǎn)品外觀、尺寸精度等符合圖紙規(guī)定?？箯潖?qiáng)度評(píng)價(jià)頻次由供方自行確定。5.4.6制殼過程涉及的材料、工藝污染物應(yīng)符合GB/T32251規(guī)定。5.5制殼工藝參數(shù)控制5.5.1硅溶膠快速制殼工藝參數(shù)應(yīng)被記錄并跟隨產(chǎn)品工序交接，工藝參數(shù)記錄包括但不限于下列a)模料種類及規(guī)格，模組數(shù)量；b)制殼各層次黏結(jié)劑、砂粉材料、快干劑和其他輔助材料的種類、規(guī)格及批次；5.5.2制殼工藝參數(shù)按產(chǎn)品批次進(jìn)行記錄管理。6檢驗(yàn)方法6.1模料的軟化點(diǎn)、線收縮率、灰分檢驗(yàn)按GB/T14235.1的規(guī)定執(zhí)行。6.2硅溶膠的SiO?含量、平均粒徑檢驗(yàn)按HG/T2521、HB5346的規(guī)定執(zhí)行。6.3高嶺土熟料的平均粒度、SiO?含量、Al?O?含量檢驗(yàn)按GB/T12214的規(guī)定執(zhí)行。6.4電熔白剛玉的平均粒度、Al?O?含量檢驗(yàn)按GB/T12215的規(guī)定執(zhí)行。6.5鋯英砂粉的平均粒度、ZrO含量檢驗(yàn)按HB5347的規(guī)定執(zhí)行。66.8高嶺石粉pH值、離子濃度測(cè)定按附錄A執(zhí)行。6.10型殼的抗彎強(qiáng)度測(cè)定按附錄C執(zhí)行。6.11涂料膠凝性測(cè)定按附錄D執(zhí)行。9223的規(guī)定執(zhí)行。的規(guī)定執(zhí)行。7(規(guī)范性)A.1原理等離子，對(duì)硅溶膠的穩(wěn)定性造成不良影響，高嶺石粉中電解質(zhì)含量可通過溶液中的電導(dǎo)率反映。A.1.2電導(dǎo)率是以數(shù)字表示的溶液傳導(dǎo)電流的能力，與溶液中離子濃度成正比。在同樣的溶解方式下，也與高嶺石粉中電解質(zhì)含量成正比，因此可用來衡量高嶺石粉中電解質(zhì)含量的高低。A.3分析步驟A.3.2用電導(dǎo)率儀測(cè)量A.3.1處濾液的電導(dǎo)率。A.4數(shù)據(jù)處理A.4.2以溶液的電導(dǎo)率數(shù)值作為高嶺石粉中電解質(zhì)的含量，由電導(dǎo)率儀直接讀出，單位微西門子每厘8(規(guī)范性)涂料的性能檢測(cè)方法B.1涂料黏度的檢測(cè)在工藝規(guī)定溫度下，用流杯測(cè)定一定體積涂料的流出時(shí)間(s),以流出時(shí)間作為涂料的黏度。B.1.2儀器設(shè)備——流杯，孔徑為φ6mm±0.02mm,容量100mL,如圖B.1標(biāo)準(zhǔn)流杯所示；——水泡水準(zhǔn)儀；——流杯架；——取樣勺；——刮尺。單位為毫米9B.1.3.3用手指堵住流出杯流出孔，用取樣勺取出攪拌均勻的涂料，灌入流杯中，直至從環(huán)形圈溢出為止。B.1.3.5將承接器皿放在流杯流出孔下方，松開手指的同時(shí)按動(dòng)秒表計(jì)時(shí)。此時(shí)，涂料從流出孔流出，落入承接器皿中。B.1.3.6監(jiān)視流出孔底部的流線，當(dāng)流線一旦中斷而成滴狀時(shí)立即按停秒表，并記錄流出時(shí)間。B.1.3.7流杯用完后，立即用水或乙醇清洗并風(fēng)干。涂料黏度測(cè)定的各個(gè)讀數(shù)誤差不應(yīng)超過5%,有效測(cè)量數(shù)值不少于3個(gè)，取其算數(shù)平均值作為該涂料的黏度。B.2涂料密度的檢測(cè)液體密度計(jì)：測(cè)量范圍1.00g/cm3~3.50g/cm3,分度0.01g/cm3。B.2.1.2.1涂料充分?jǐn)嚢韬?，靜止30s后除去涂料表面上的泡沫。一定位置，靜止300s后讀數(shù)，若密度計(jì)插的過深，松開后重新上浮，記大致讀數(shù)作為預(yù)計(jì)密度值，將密度計(jì)擦干凈，重新測(cè)試并讀數(shù)。B.2.1.2.3用溫度計(jì)測(cè)量并記錄涂料溫度。B.2.1.3試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理B.2.2容量法容量法測(cè)定涂料密度用儀器設(shè)備：——天平：量程2kg,感量0.05g;——溫度計(jì)：測(cè)量范圍0℃~50℃,分度1℃。GB/T40738—2021B.2.2.2試驗(yàn)步驟B.2.2.2.1將三角瓶裝放在水平臺(tái)面上，裝水至水滿溢出，擦凈溢出水，將三角瓶中水倒入量筒中，水的體積讀數(shù)即為三角瓶的容積。B.2.2.2.2取一個(gè)清潔、干凈的已知容積的三角瓶，稱其質(zhì)量A(精確至0.05g)。B.2.2.2.3一邊攪拌涂料，一邊從攪拌均勻的涂料表層下部取出一勺涂料，盡快倒入三角瓶中，直到液面與瓶口上沿平齊。B.2.2.2.4擦凈三角瓶外溢出涂料。B.2.2.2.5稱量裝有涂料的三角瓶質(zhì)量B(精確至0.05g)。B.2.2.2.6用溫度計(jì)測(cè)量并記錄涂料溫度。B.2.2.2.7所有試驗(yàn)溫度不同于規(guī)定溫度時(shí)，應(yīng)預(yù)先制定出溫度轉(zhuǎn)換圖表。B.2.2.3數(shù)據(jù)處理計(jì)算見公式(B.1):式中：d——涂料密度，單位為克每立方厘米(g/cm3);B——三角瓶與涂料總質(zhì)量，單位為克(g);A——三角瓶空瓶質(zhì)量，單位為克(g);V——三角瓶容積，單位為毫升(mL)。B.3涂片厚度的檢測(cè)B.3.1儀器設(shè)備檢測(cè)涂片厚度用儀器：——不銹鋼涂片：40mm×40mm×2mm,具體尺寸如圖B.2所示；——天平：精度0.01g;——玻璃片：110mm×80mm×3mm。注：未注明圓角R0.5其余圖B.2不銹鋼涂片單位為毫米GB/T40738—2021B.3.2試驗(yàn)步驟B.3.2.1取一干凈不銹鋼涂片稱其質(zhì)量為W?(精確至0.01g)。B.3.2.2用細(xì)鐵絲勾一端從涂片圓孔處勾住不銹鋼涂片，手提細(xì)鐵絲鉤另一端，將涂片垂直放入充分?jǐn)嚢璧耐苛现?，使涂料剛好沒過涂片。B.3.2.310s后慢慢地提起涂片，靜止2min,讓多余的涂料滴落。B.3.2.4將涂片放在天平上，取出細(xì)鐵絲鉤，稱量涂片質(zhì)量為W?(精確至0.01g),W?-W?即為涂層質(zhì)量。B.3.3試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理涂層厚度按公式(B.2)計(jì)算：……S——涂層厚度，單位為厘米(cm);F——被覆蓋總面積，單位為平方厘米(cm2);p——涂料密度，單位為克每立方厘米(g/cm3)。同種涂料可直接用涂層質(zhì)量作指標(biāo)。(規(guī)范性)抗彎強(qiáng)度檢測(cè)方法C.1儀器設(shè)備抗彎強(qiáng)度檢測(cè)用儀器設(shè)備：——型殼抗彎強(qiáng)度測(cè)定儀，測(cè)定示意圖見圖C.1,抗彎強(qiáng)度儀最高使用溫度為1600℃,溫度偏差不大于±15℃,試驗(yàn)載荷測(cè)量誤差不超過±1.5%,儀器讀數(shù)的分度值應(yīng)不大于0.196N?！螛?biāo)卡尺，量程為0mm～150mm,精度0.02mm。單位為毫米標(biāo)引序號(hào)說明：1——壓頭；2——試樣；3——支座。圖C.1型殼抗彎強(qiáng)度測(cè)定示意圖C.2試樣C.2.1試樣的形狀和尺寸試樣分為脫蠟后室溫抗彎強(qiáng)度試樣、焙燒后室溫抗彎強(qiáng)度試樣和焙燒后高溫抗彎強(qiáng)度試樣，3種試樣采用同一形狀和尺寸，試樣形狀和尺寸見圖C.2。C.2.2試樣制備C.2.2.1試樣形狀及尺寸見圖C.2。C.2.2.2試樣用帶空腔的蠟?zāi)?腔深6mm)按生產(chǎn)工藝或根據(jù)檢測(cè)要求涂制。在腔內(nèi)約涂6層制殼材料。每層涂上涂料掛上砂后，沿空腔邊緣把試樣刮平，然后干燥硬化。反復(fù)6次，直至空腔涂滿為止，最后一層只涂涂料不掛砂。C.2.2.3脫蠟后，試樣底面及側(cè)面應(yīng)平整，棱角清晰，無分層及其他明顯缺陷，試樣厚度應(yīng)為6mm±0.5mm。C.2.2.4室溫抗溫強(qiáng)度試樣脫蠟干凈后，在110℃下保溫2h烘干。C.2.2.5焙燒后室溫抗彎強(qiáng)度試樣和高溫抗彎強(qiáng)度試樣應(yīng)進(jìn)行焙燒，試樣在300℃以下放入焙燒爐，逐漸升溫至900℃。保溫2h降至300℃以下出爐。單位為毫米品C.2.3試樣數(shù)量有效試樣的數(shù)量應(yīng)不少于5個(gè)。C.3試驗(yàn)步驟用卡尺測(cè)量試樣的厚度h和寬度a,測(cè)量厚度時(shí)測(cè)其中部最薄處，測(cè)量2次～3次，取其平均值。對(duì)于尺寸制備良好的試樣可以不逐個(gè)測(cè)量。C.3.2.1將試樣平穩(wěn)地放在強(qiáng)度測(cè)定儀的兩支點(diǎn)上，其方向與壓頭方向垂直。壓頭壓在試樣工作部位的中部，以6mm/min～8mm/min的速度加載至試樣斷