失重法在熔模铸造制壳工艺开发中的应用

第1期2014年3月索言汔扮搂DONGFANGTURBINENO1MAR2014张松泉，曾洪，朱广智，杨功显东方汽轮机有限公司四川德阳，618000摘要文章采用失重法跟踪测量了硅溶胶一EC95型壳在干燥过程中的重量变化，得到了文章所述的制壳工艺条件下每层型壳的失重曲线和干燥时间。试验结果表明每层型壳在干燥过程中的失水速率均逐渐降低；从面层到背屡，失重曲线逐渐变缓；提高风速，失重曲线变陡；失重曲线可以反映型壳的干燥过程及其影响因素的作用。关键词硅溶胶型壳，失重法，干燥中图分类号TG249文献标识码B文章编号16749987201401003604APPLICATIONOFWEIGHTLOSSMETHODINTHEDEVELOPMENTOFSHELLMAKINGPROCESSININVESTMENTCASTINGTECHNOLOGYZHANGSONGQUAN，ZENGHUNG，ZHUGUANGZHI，YANGGONGXIANDONGFANGTURBINECO，LTD，DEYANGSICHUAN，61800ABSTRACTTHEWEIGHTCHANGEOFTHESILICASOLEC95SHELLDURINGTHEDRYINGPROCESSWASMEASUREDBYUSINGTHEWEIGHTLOSSMETHODINTHISPAPERTHEWEIGHTLOSSETLI3TEANDTHEDRYINGTIMEOFEACHSHELLINTHESHELLPROCESSCONDITIONDESCRIBEDWEREGAINEDTHERESULTSALSOSHOWEDTHATTHEWATERLOSSRATEOFEACHSHELLINTHEDRYINGPROCESSDECREASEDGRADUALLY；THEWEIGHTLOSSCURVESLOWEDDOWNGRADUALLYFROMTHESURFACELAYERTOTHEBACKINGLAYER；THEWEIGHTLOSSCURVESTEEPENEDWHILEIMPROVINGWINDSPEED；THEWEIGHTLOSSCURVECOULDREFLECTTHEDRYINGPROCESSANDTHEEFFECTSOFTHEIMPACTFACTORSKEYWORDSSILICASOLSHELL，WEIGHTLOSSMETHOD，DRYINGO引言熔模精密铸造硅溶胶型壳采用干燥硬化而使溶胶胶凝该工艺是一种绿色制壳方法而且工艺过程简单，所制型壳强度高，因此，逐渐成为作者简介张松泉1985一，男，硕士研究生，助理工程师料研究中心长寿命高温材料四川I省重点实验室36熔模铸造行业占主导地位的工艺被广泛应用于近净形成型”硅溶胶型壳干燥是制壳过程中最重要的一环。只有硅溶胶完全胶凝型壳才能具有良好的性能。为保证型壳质量必须对硅溶胶的干燥进行控制。干燥间各处的温度、湿度和风速可以采用仪器进毕业于西北工业大学材料加工工程专业现就职于东方汽轮机有限公司材主要从事高温合金熔模精密铸造工作。第1期2014年3月索T乞粉揍D0NGFANGTURBINENO1MAR2014行测定、控制和调整，以稳定干燥间的工艺参数。但是如何获知型壳的干燥程度一直以来是熔模铸造的难题，已经报道的型壳干燥程度测定方法有显色法、电阻法、重量法和射线衰减法等。Y射线衰减法因设备昂贵很少使用，前三种方法在实际生产中均有应用介绍如下【I11显色法。即在涂料中加入显色剂，型壳干燥前后的颜色有明显区别很容易根据颜色来判断型壳是否干燥这种方法在国外生产中已有应用。2电阻法其原理是利用型壳中水的高导电性型壳的电阻和其含水量有关同时还和硅溶胶凝胶转变状态有一定关系在硅溶胶为溶胶和胶凝初期的软冻胶时型壳电阻值基本不变。当失水率达70以上硅溶胶已转变为弹性冻胶或凝胶时，电阻值就急剧增大。因此，可以认为型壳电阻急剧增大到超过某一临界值时型壳已干燥。有资料指出在涂料层之间距L0MM时，电阻值为2000KD即可认为涂层已干透国外已经设计N测定型壳干燥程度的专用仪器具有较高的可信度国内有工厂借鉴这种方法采用指针式万用表来检测效果不是很好3重量法。也称失重法，其依据是硅溶胶的干燥过程实质上是水分蒸发的过程用失重法测得结果表明在制壳过程中约失去质量分数为20的水分十燥时约失去质量分数为64的水分其余质量分数为16的水则以物理水或化合水形态存在于硅溶胶中失重法道理简单操作方便但是会因型壳外部砂粒容易脱落而不准确作者在丁厂的应用实践中合理设计失重法检测过程完全避免了因型壳外部砂粒容易脱落而导致的称重不准确重复试验得到的失重法曲线基本一致证实了失重法用于型壳干燥程度和最短干燥时间确定的可行性1硅溶胶制壳工艺试验选用小粒径的S一830为面层粘结剂主要考虑其高的涂层强度选用电熔白刚玉粉为面层粉料，主要考虑原料稳定和低成本选用大粒径的S一1430为背层粘结剂选用EC95为背层粉料撒砂采用雨淋式撒砂撒砂种类与该层涂料用耐火粉料一致本实验选用某型号叶片蜡模进行制壳跟踪其每一层干燥过程中的重量变化情况具体制壳工艺见表1L表1蜡模的制壳工艺2失重法测试干燥过程结果本实验采用在型壳下面放置浮砂承接盘每次称重时连同砂盘一并称量保证了测量数据的真实性。每一层沾浆、撒砂完成以后，置于干燥间干燥每隔L小时记录1次重量数据绘制成折线图第一层面层的干燥过程重量数据见图1。从图中可以看出4H以后，型壳基本不再失水第二层的干燥过程重量数据，见图2。从图中可以看出5H以后型壳基本不再失水。一姆蜓_图1第一层干燥过程重量数据37第1期2014年3月圣言浇鼢按DONGFANGTURBINENO1MAR2014曲V基取_图2第二层干燥过程重量数据第三层的干燥过程重量数据，见图3。从图中可以看出，4H以后，型壳基本不再失水。第四层的干燥过程重量数据，见图4。从图中可以看出，67H以后。型壳基本不再失水。D曙图3第三层干燥过程重量数据38图4第四层干燥过程重量数据第五层的干燥过程重量数据，见图5。从图中可以看出，67H以后，型壳基本不再失水。封浆层的干燥过程重量数据，见图6。从图中可以看出，89H以后，型壳失水速率减慢，完全干燥需要很长时间。一曲茁喀图5第五层干燥过程重量数据图6封浆层干燥过程重量数据21失重法用于型壳干燥程度和最短干燥时间确定从图16可以看出，每一层的干燥过程均表现为失水速率逐渐减慢最后与干燥间环境达到平衡这一点从硅溶胶型壳干燥过程的实质L2J】可以理解硅溶胶型壳干燥是硅溶胶胶凝析水和水分蒸发两个过程。在干燥初始阶段，硅溶胶粒子聚合，析水量较大，而且水分子比较自由，同时，水分子迁移通道顺畅型壳表面的水分蒸发速率较快导致综合失水较快。在干燥后期，硅溶胶粒子已经聚合成网状结构水分子被包含在内第1期2014年3月圣言乞粉按DONGFANGTURBINENO1MAR2014同时型壳内表面的水分子需要扩散至表层才能散失，所以失水速率减慢。从图16还可以得出在本文所述的制壳工艺条件下面层干燥需要4H即可与有关文献报道的相比时问较短这可能是由于本_丁艺采用的涂料粘度较低、涂层较薄所致过渡层第二、_二层干燥需要45H，背层干燥需要67H。封浆层十燥89H以后干燥速率变得很缓慢本研究已经获得了这些数据再结合实际生产中模壳的解剖结果和实际浇铸使用状况便可以获得最短的干燥时间从而提高制壳效率22失重法反映干燥条件的影响影响型壳十燥的因素很多其中以环境湿度、风速和环境温度二种因素作用最大行业内通过定性研究这三种冈素对干燥时间的影响I4J得出的结论见表2还有人采用电阻法进行了定量研究引得F【I了公式，根据环境温度、湿度、风速等因素就可直接算干燥时间但是考虑到干燥间环境的变动以及T艺参数的变动再加上得出公式要求的专业能力这种定量的方法在一般工厂实施起来不是很方便表2硅溶胶型壳的理想干燥条件本研究对比图2和图3即第二、三层，除了风速以外其它制壳因素均一致从不吹风到2MS的风速型壳干燥时间从5H缩短到4H失水曲线也变得较陡这说明失重法可以反映出风速对于燥时间的影响这种方法同样可以推广到研究其他因素对干燥时间的影响更重要的是这种方法便于实施可供普通熔模铸造工厂采用23失重法的其他应用1反映制壳材料的差异对型壳干燥过程的影响，如硅溶胶浓度、撒砂种类和粒度等。2在实验中，作者观察到通过每一层沾浆、撒砂完成后测量的增重可以反映出沾浆操作沾浆时间、滴浆方式和淋砂操作对型壳层厚的影响这一点对于手T制壳的工厂而言尤其需要引起重视3在实验中，制壳涂料，尤其是面层涂料，在使用一段时间以后经常出现撒砂时涂料已经不沾砂的现象说明涂料干燥得很快作者认为可以采用失重法设计实验来研究涂料的干燥过程进而可以用来帮助判断涂料的状态3结论本研究取得的主要结论如下1在本文所述的制壳工艺条件下，面层干燥需要4H即可过渡层干燥需要45H背层干燥需要67H封浆层干燥89H以后干燥速率变得很缓慢F2每层型壳在十燥过程中的失水速率均逐渐降低。从面层到背层，失重曲线变缓。提高风速，失重曲线变陡3针对某一套具体的制壳材料结合制壳T艺采用失重法试验可以帮助开发出最佳干燥_丁艺条件4在制壳实践中，失重法可用于控制制壳质量和跟踪制壳作业的稳定性参考文献【1】姜不居实用熔模铸造技术M