水玻璃_硅溶胶复合型壳的应用
水玻璃2硅溶胶复合型壳的应用
江苏徐州煤矿机械厂(221004) 仇奎强 王晓颖
【摘要】水玻璃、硅溶胶复合型壳,表面层应用硅溶胶锆英粉涂料,用来生产精铸件,尤其是高
合金钢铸件,其表面粗糙度可达312,比水玻璃型壳的精铸件表面粗糙度参数值有所降低,约低1～115级,尺寸精度也有所提高。关键词 熔模铸造 复合型壳 铸件质量
ApplicationofColloidalSilica2WaterassComplassShell
Abstract Thesilicasolwater-glasscompoundshell,coatedwithasilicasol-bondedzircondressing,is
usedforproducingcasting,especiallyhighalloysteelcasting.Thesurfaceroughness(Ra3.2)ofcast2ingsproducedwithsilicasolwater-glasscompoundshellis～1.5waterglassshell.Andthedimensionalaccuracyisimprovedaswell.
Keywords investmentcasting,complex,中图分类号:TG143 :A
,其型壳具有高的表面粗糙度和高的尺寸精度,并具有较高的高温强度和高温抗变形能力,尤其是应用于高合金铸件时就更能显示其优越性。但全部采用硅溶胶型壳费用偏高,我们为了降低成本,采用了水玻璃2硅溶胶复合工艺,即表面2层采用硅溶胶涂料制壳工艺,加固层则仍应用水玻璃工艺,用来浇注熔模铸件。铸件经清理喷砂后检测,与水玻璃型壳工艺相比,铸件的表面粗糙度参数值Ra有明显下降,可达312左右(水玻璃型壳的铸件表面粗糙度一般约为Ra1215～613,全部硅溶胶型壳的铸件表面粗糙度为Ra312～116)。
本文主要试验水玻璃2硅溶胶复合型壳的制壳工艺,研究探讨其影响铸件质量的主要因素,并以生产现场的型壳工艺及浇注试验相配合。
剂均匀地包覆在耐火粉料表面。混制时的加料次序和工艺要严格控制,一般应先将称好重量的硅溶胶倒入混制桶内,在不断搅拌中逐渐加入称好的粉料,涂料须搅拌12～24h后才能使用。在规定的环境温度下连续搅拌后,测定各项性能,见表2。
表2硅溶胶表面层涂料
硅溶胶
SS230耐火粉料锆英粉
涂料黏度/s
50环境温度/℃表面活性剂(%)
25
011～013
113 水玻璃2硅溶胶复合制壳工艺
1)表面两层均采用相同的硅溶胶锆英粉涂料,
面层撒砂采用120目锆英砂,而第2层采用30/60目莫来石砂(河南洛阳产),表面层及第2层的干燥工艺基本相同,在控制的环境温度为25℃及相对湿度≤55的条件下,2层干燥时间均应>10h,以保证硅溶胶涂料的充分干燥,充分干燥后的硅溶胶涂料遇到水分时就不会产生回熔或溶涨,保证了面层型壳的质量。由于本试验采用水玻璃2硅溶胶复合型壳的制壳工艺,从第3层开始至完成制壳的整个工艺过程中,如浸涂料,硬化,脱蜡等操作工艺中,都会不可避免地遇到大量水分,故前两层硅溶胶型壳的干燥工艺是至关重要的。
表3 水玻璃2硅溶胶复合制壳工艺
型壳层次表面层第2层
涂料
撒砂
干燥硬化时间环境温度相对湿度
>10h>10h
25℃25℃
1 水玻璃2硅溶胶复合制壳工艺
111 硅溶胶黏结剂
表1中的硅溶胶黏结剂采用离子交换法生产,
此种硅溶胶具有胶粒均匀,致密,黏度低,涂料粉液比高,型壳表面光洁,高温强度高,抗变形能力强等优点,其各项物理性能见表1。
表1 硅溶胶粘结剂性能
硅溶胶产地
湖北
方法()()值期/d-2径/nm219×离子交
SS23030112～151某厂换法-3
牌号
生产SiO2
密度平均粒粘度Na2OpH稳定
硅溶胶锆锆英砂英粉涂料(120
目)
硅溶胶锆莫来石砂英粉涂料(30/60目)
≤55≤55
112 硅溶胶表面层涂料
表面层涂料所用的耐火粉料经综合分析比较
后,选用澳大利亚产的320目锆英粉与湖北某厂SS230硅溶胶(SiO2含量为30%,密度为112)配制,涂料配制时,涂料搅拌如慢速长时间搅拌,可使黏结
自干1～2h后
3～6层
水玻璃莫莫来石砂结晶氯化铝硬来石涂料(10/20目)化10min干燥
20～30min
室温-
《新技术新工艺》・先进热加工专题技术 2006年 第2期
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・41・
2)加固层从第3层开始,应用水玻璃型壳的制壳工艺以结晶氯化铝为硬化剂,并选用莫来石为加固层的耐火材料,主要考虑其膨胀系数与前2层的材料相一致,且莫来石的高温性能好,对提高型壳整体的高温强度有利。
3)第3层(加固层)涂料由于黏结剂种类的改变,第3层与第2层容易出现分层现象,故第3层涂料的黏度不宜过大,在适当降低涂料黏度的同时,还须在涂料浸涂并撒砂后,延长自干时间1～2h,以改善层间结合,然后再进行型壳硬化操作,这样可基本消除分层。
4)试验中锆英粉是由锆英石破碎磨细而成,锆英石(ZrSiO2)是一种中性耐火材料,成为ZrO26712%,SiO23218耐火材料的具有以下优点:1)2430℃,在空气中加热不易被氧化,不易与酸碱起反应,高温化学稳定性好。2)它对钢水有良好的抗湿润能力,故与钢水很少反应。3)锆英石1540℃以下不会发生相变,且热膨胀系数小,故体积较稳定,有利于型壳的高温强度及尺寸精度。4)锆英石的抗热震性(抗急热急冷性)良好。
由于锆英石具有这些优点,所以是一种性能良好的耐火材料。
及0102%残余Na2O,形成的低熔点化合物Na2O及SiO2降低了型壳的高温强度。
3)复合型壳经现场生产应用,浇注ZG0Cr17Ni4Cu4Ni脱扣支架精铸件,铸件经清理喷砂后,测定其表面粗糙度(应用表面粗糙度Ra样
板)Ra312,大面积检查,Ra均在613以下,与水玻璃型壳相比,表面粗糙度Ra约降1～115级(水玻璃型壳的表面粗糙度Ra1215～613),尺寸精度也提高1～2级。
212 复合型壳表面质量机理探讨
,,当水分不断减少,,在胶粒,发生了硅醇基的缩聚反应,胶粒间以Si2O2Si硅醚键相联系,逐步形成网状胶体结构,在
型壳层的干燥过程中,溶剂及水分向外挥发逸出,此时在整个结构体系中,就留下了很多分散的微观孔隙,因此在复合型壳从第3层开始浸涂水玻璃加固层涂料后,在进行硬化反应时,会有一定的NaCl析出,此时所生成的新生态NaCl中,会有部分向表面层的孔隙扩散、渗透、迁移,经分析检测表明,表层型壳中的NaCl含量达013%左右。同时水玻璃涂料(第3层),在浸涂、干燥及硬化、脱蜡等工艺的操作过程中,亦不可避免地会有部分硅酸钠及其它物质扩散渗透进入表面层,检测分析亦表明有Na2O等物质存在。
正是由于以上这些物质扩散、渗透、迁移进入型腔表面层,改变了硅溶胶表面层的性能,也影响了型壳的高温强度,从而影响了铸件尺寸精度和表面质量。
2 水玻璃2硅溶胶复合型壳性能
211 型壳性能测定
将已制成的型壳分成A,B2组,采用蒸汽及热水2种不同的方法脱腊。A组为蒸汽脱腊,B组为热水脱腊,见表4。
表4 复合型壳性能测定
型壳
脱蜡型壳湿型壳高焙烧温型壳表层表面粗糙公差等级方法
蒸汽
强度温强度度/℃()较高较高稍低
中中高
950950950
0129013-
3 结语
度Ra～312～312
312～116
6～76～74～6
1)水玻璃2硅溶胶复合型壳用来生产熔模铸件,尤
复合(A组)
型壳热水
(B组)
其是高合金铸件,其表面粗糙度Ra312,尺寸精度6～7级。所以应用复合型壳可适当提高铸件质量。
2)复合型壳具有一定的湿态强度和高温强度,可以满足不填砂浇注的需要。
3)水玻璃2硅溶胶复合型壳成本不高,较适用于原水玻璃制壳旧工艺的技术改造。可以推广应用。
硅溶胶型壳
蒸汽
从表4中的性能测定表明:
1)复合型壳的湿强度较高,主要由于加固层水玻璃型壳的湿态强度较高所造成,但水玻璃型壳的高温强度不高,也是造成水玻璃2硅溶胶复合型壳的高温强度要比全硅溶胶型壳低的主要原因。
2)复合型壳经900～950℃焙烧后,选出一些典型型壳,破坏后小心剥下内腔表层型壳,供显微镜及化学分析NaCl及残余Na2O含量,测定结果表明:复合型壳的硅溶胶表层中含有约013%的NaCl・42・
[参考文献]
[1]特种铸造手册.北京:机械工业出版社,1998.
[2]熔模铸造工艺材料及性能测定方法标准汇编.北京:北
京航空学院出版社.1987
责任编辑 吕德龙
《新技术新工艺》・先进热加工专题技术 2006年 第2
期
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