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實施國家標準化管理委員會I本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件由全國鑄造標準化技術委員會(SAC/TC54)提出并歸口。本文件起草單位：東風精密鑄造有限公司、東營嘉揚精密金屬有限公司、勝利新大實業(yè)集團有限公司、上海交通大學、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任公司、青島新諾科新材料科技發(fā)展有限公司、沈陽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，快速制殼工藝技術要求，檢驗與檢測方法。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容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應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鑄造術語GB/T11007電導率儀試驗方法GB/T11165實驗室pH計GB/T14235.1熔模鑄造低溫模料第1部分：物理性能試驗方法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界定的以及下列術語和定義適用于本文件。熔模鑄造用黏結劑，與耐火粉料構成熔模鑄造用涂料。通過對硅溶膠膠團微結構改造、表面離子改性、添加水溶性高聚物材料或者幾種措施復合作用，縮短制殼干燥時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度的不同分粉料和砂料，粉料粒徑為0.075mm(粗細度200目)以下的顆粒物；砂料粒徑一般在0.075mm～3.350mm(粗細度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涂料中粉料與黏結劑、去離子水等液體溶劑的質量比。快速制殼fastdryingofceramicshell通過使用快干硅溶膠、快干劑等對制殼涂料改性，及通過制殼環(huán)境參數改變，使其制殼干燥時間比傳統(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、線收縮率、灰分等指標應滿足工藝要求。4.2黏結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品，均適用于本文件。快干硅溶膠的種類、品牌、快干機理各不相同，其用于制殼的干燥時間應能滿足表1要求。表1快干硅溶膠各層型殼的干燥時間層次層間干燥時間與普通硅溶膠干燥時間比絕對干燥時間/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)測粉液pH值、電解質電導率。煅燒高嶺土粉液按照附錄A方法制備。煅燒高嶺土粉液pH值與電導率見表2。表2高嶺土粉液pH值與電解質電導率檢測項目參考范圍電解質電導率/(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：目數或mm)備注制殼粉料面層、過渡層、加固層按目數：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：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：30～60;60～80按粒徑(mm):0.250～0.600;0.250～0.180視工藝要求可微調加固層按目數：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，制殼干燥時間應達到表1規(guī)定的絕對干燥時間。4.4.3不同類型的快干劑，添加方式、添加量與預處理方式均不相同，應單獨建立操作規(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硅類產品。4.5.3根據產品結構，快速制殼所用的硅溶膠或涂料中還應添加防止型殼干燥過快而開裂的輔助強化材料，輔助強化材料添加后應確保型殼強度、鑄件表面質量符合工藝要求。5快速制殼工藝技術要求5.1蠟模組樹檢查制殼前應確認蠟模質量符合工藝質量要求，檢查蠟模組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根據零件結構可分別設置多層面層、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)轉動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，攪拌桶邊旋轉邊緩慢加入快干劑，快干劑全部加入后，攪拌時間不低于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，每次加入后攪拌時間不低于5min,確保涂料桶內無未分散的粉團；其他固態(tài)添加劑混合在粉料中一起添加。c)視制殼質量需要，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涂料攪拌桶后，開始計量涂料攪拌時間。5.3.3應設定面層、過渡層、加固層等各層涂料最低攪拌時間，保證涂料均勻，且涂料黏度、涂片重量、涂料密度等主要參數達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間見表4。表4典型耐火材料涂料配制攪拌時間單位為小時層次鋯英粉涂料莫來粉涂料石英粉涂料重點監(jiān)控指標新配涂料補充配料新配涂料補充配料新配涂料補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中的標準流杯，分3次測量涂料黏度，每次間隔1min,測量涂料攪拌桶中3個點的涂料黏度；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有所縮短，涂料配制后應盡快用完。未用盡涂料在涂料桶中維持攪拌若超過3天，再次使用前應重新測定涂料黏度、涂片厚度、涂料密度等指標是否符合工才能使用。未用盡涂料超過7天的，還應增加膠凝性指標檢測，膠凝性超標20%的，不應繼續(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個工序。5.4.2上涂料包括常壓或真空流涂、浸涂與噴涂等。快速制殼上涂料一般采用常壓浸涂或流涂。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、風速三個參數。不同鑄件結構、不同模料、不同耐火材料、不同涂料黏度，干燥的溫度、濕度、風速設置均不相同。表5列出了適宜于快速制殼干燥通用性環(huán)境參數。表5適宜于快速制殼干燥通用性環(huán)境參數層次溫度/℃風速/(m/s)層間干燥時間/h干燥判斷面層測量孔、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區(qū)域環(huán)境、季節(jié)變化，由供方自行調整。環(huán)境溫度視產品尺寸精度、模料種類，由供方自定。制殼環(huán)境濕度越大，溫度越低，風速相應宜調大。5.4.5脫蠟及焙燒后的型殼應滿足抗彎強度要求值，并能保障產品外觀、尺寸精度等符合圖紙規(guī)定。抗彎強度評價頻次由供方自行確定。5.4.6制殼過程涉及的材料、工藝污染物應符合GB/T32251規(guī)定。5.5制殼工藝參數控制5.5.1硅溶膠快速制殼工藝參數應被記錄并跟隨產品工序交接，工藝參數記錄包括但不限于下列a)模料種類及規(guī)格，模組數量；b)制殼各層次黏結劑、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制殼工藝參數按產品批次進行記錄管理。6檢驗方法6.1模料的軟化點、線收縮率、灰分檢驗按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含量檢驗按HB5347的規(guī)定執(zhí)行。66.8高嶺石粉pH值、離子濃度測定按附錄A執(zhí)行。6.10型殼的抗彎強度測定按附錄C執(zhí)行。6.11涂料膠凝性測定按附錄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，對硅溶膠的穩(wěn)定性造成不良影響，高嶺石粉中電解質含量可通過溶液中的電導率反映。A.1.2電導率是以數字表示的溶液傳導電流的能力，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含量成正比，因此可用來衡量高嶺石粉中電解質含量的高低。A.3分析步驟A.3.2用電導率儀測量A.3.1處濾液的電導率。A.4數據處理A.4.2以溶液的電導率數值作為高嶺石粉中電解質的含量，由電導率儀直接讀出，單位微西門子每厘8(規(guī)范性)涂料的性能檢測方法B.1涂料黏度的檢測在工藝規(guī)定溫度下，用流杯測定一定體積涂料的流出時間(s),以流出時間作為涂料的黏度。B.1.2儀器設備——流杯，孔徑為φ6mm±0.02mm,容量100mL,如圖B.1標準流杯所示；——水泡水準儀；——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，松開手指的同時按動秒表計時。此時，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，當流線一旦中斷而成滴狀時立即按停秒表，并記錄流出時間。B.1.3.7流杯用完后，立即用水或乙醇清洗并風干。涂料黏度測定的各個讀數誤差不應超過5%,有效測量數值不少于3個，取其算數平均值作為該涂料的黏度。B.2涂料密度的檢測液體密度計：測量范圍1.00g/cm3~3.50g/cm3,分度0.01g/cm3。B.2.1.2.1涂料充分攪拌后，靜止30s后除去涂料表面上的泡沫。一定位置，靜止300s后讀數，若密度計插的過深，松開后重新上浮，記大致讀數作為預計密度值，將密度計擦干凈，重新測試并讀數。B.2.1.2.3用溫度計測量并記錄涂料溫度。B.2.1.3試驗數據處理B.2.2容量法容量法測定涂料密度用儀器設備：——天平：量程2kg,感量0.05g;——溫度計：測量范圍0℃~50℃,分度1℃。GB/T40738—2021B.2.2.2試驗步驟B.2.2.2.1將三角瓶裝放在水平臺面上，裝水至水滿溢出，擦凈溢出水，將三角瓶中水倒入量筒中，水的體積讀數即為三角瓶的容積。B.2.2.2.2取一個清潔、干凈的已知容積的三角瓶，稱其質量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量B(精確至0.05g)。B.2.2.2.6用溫度計測量并記錄涂料溫度。B.2.2.2.7所有試驗溫度不同于規(guī)定溫度時，應預先制定出溫度轉換圖表。B.2.2.3數據處理計算見公式(B.1):式中：d——涂料密度，單位為克每立方厘米(g/cm3);B——三角瓶與涂料總質量，單位為克(g);A——三角瓶空瓶質量，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B.3.1儀器設備檢測涂片厚度用儀器：——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試驗步驟B.3.2.1取一干凈不銹鋼涂片稱其質量為W?(精確至0.01g)。B.3.2.2用細鐵絲勾一端從涂片圓孔處勾住不銹鋼涂片，手提細鐵絲鉤另一端，將涂片垂直放入充分攪拌的涂料中，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，取出細鐵絲鉤，稱量涂片質量為W?(精確至0.01g),W?-W?即為涂層質量。B.3.3試驗數據處理涂層厚度按公式(B.2)計算：……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量作指標。(規(guī)范性)抗彎強度檢測方法C.1儀器設備抗彎強度檢測用儀器設備：——型殼抗彎強度測定儀，測定示意圖見圖C.1,抗彎強度儀最高使用溫度為1600℃,溫度偏差不大于±15℃,試驗載荷測量誤差不超過±1.5%,儀器讀數的分度值應不大于0.196N。——游標卡尺，量程為0mm～150mm,精度0.02mm。單位為毫米標引序號說明：1——壓頭；2——試樣；3——支座。圖C.1型殼抗彎強度測定示意圖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度試樣、焙燒后室溫抗彎強度試樣和焙燒后高溫抗彎強度試樣，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試樣用帶空腔的蠟模(腔深6mm)按生產工藝或根據檢測要求涂制。在腔內約涂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，試樣底面及側面應平整，棱角清晰，無分層及其他明顯缺陷，試樣厚度應為6mm±0.5mm。C.2.2.4室溫抗溫強度試樣脫蠟干凈后，在110℃下保溫2h烘干。C.2.2.5焙燒后室溫抗彎強度試樣和高溫抗彎強度試樣應進行焙燒，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試樣數量有效試樣的數量應不少于5個。C.3試驗步驟用卡尺測量試樣的厚度h和寬度a,測量厚度時測其中部最薄處，測量2次～3次，取其平均值。對于尺寸制備良好的試樣可以不逐個測量。C.3.2.1將試樣平穩(wěn)地放在強度測定儀的兩支點上，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