Wat is het gieten van waterglasinvestering?

Investeringscasting-ook bekend als gieting met verloren wax-verbiedt een van de meest veelzijdige metaalvormende technieken.

Binnen dit rijk, waterglas (natriumsilicaat) Investeringsuitgifte valt op vanwege zijn kostenefficiëntie en capaciteit om complexe ferromecomponenten te produceren.

In deze gids, We duiken diep in elk aspect van het proces, Gegevensgestuurde inzichten en het verwijzen naar industriële normen ter ondersteuning van technische beslissingen.

1. Invoering: Inzicht in de investering van waterglasinvesteringen

Water glass Investeringsuitgifte gebruik natriumsilicaat (Na₂sio₃) als het keramische bindmiddel om een ​​meerlagige schaal te vormen rond waspatronen.

Terwijl silica-sol-processen afhankelijk zijn van colloïdaal silica, waterglas is gebaseerd op een overvloedige, goedkoop binder dat gieterijen heeft gediend sinds het midden van de 20e eeuw.

Historisch, Artisans in Azië en Europa paste primitieve alkalisch silicaten toe op shell schimmels; na verloop van tijd, chemici verfijnden de SIO₂:NAVO RAIO (vaak 2.5:1 bij gewicht) Om de sterkte te optimaliseren en snelheid in te stellen.

Vandaag, Waterglasgast vult een kritieke niche: het levert ISO 8062 CT7-CT9-toleranties En oppervlakte -afwerkingen van RA 6-12 μm terwijl het per-stuk shell-materiaalkosten onderhouden $0.50/kg-Een fractie van silica-sol-systemen.

Vervolgens, Fabrikanten gebruiken het voor medium-precisie, Budgetgevoelige toepassingen zoals agrarische machines, pompbehuizingen, en zware kleppen.

2. Wat is waterglasgast?

Waterglasgiet, ook bekend als natriumsilicaatinvestering casting, is een specifiek type Investeringsuitgifte Dat gebruikt waterglas (Natriumsilicaatoplossing) Als het bindmiddelmateriaal voor het bouwen van keramische schelpen rond waspatronen.

Het is een efficiënt en economisch proces dat produceert Net-vorm of bijna-netvormige metalen componenten met matige precisie en oppervlaktekwaliteit.

Deze methode is vooral goed geschikt voor het gieten medium- naar grote ferro-componenten met relatief eenvoudig tot matig complexe geometrieën.

Definitie en kernprincipe

In waterglasgieten, Het centrale principe blijft consistent met alle gietprocessen voor verloren wax: een wegwerpbaar waxmodel is bedekt met meerdere keramische lagen om een ​​schaal te vormen.

Zodra de schaal is genezen en verhard, De was is verwijderd (bedaard), en gesmolten metaal wordt in de holte gegoten.

Na afkoeling en stolling, De schaal is gebroken om de cast -metaalcomponent te onthullen.

Het onderscheidende kenmerk van dit proces is de Gebruik van waterglas (Na₂sio₃ oplossing) Als het bindmiddel in de keramische slurry.

Vergeleken met colloïdaal silica (Gebruikt bij casting met een hoger precisie Silica Sol-investeringen), Waterglas biedt:

• Lagere materiaalkosten
• Snellere droogtijd
• Hogere productiedoorvoer

3. Waarom waterglas gebruiken?

Waterglasinvesteringsgieten, hoewel niet het meest verfijnde proces beschikbaar,

blijft op grote schaal worden aangenomen in meerdere industrieën vanwege deze Uitstekend saldo tussen kostenefficiëntie, mechanische betrouwbaarheid, en productieschaalbaarheid.

Door te gebruiken natriumsilicaat (Na₂sio₃) Als het bindmiddel, Deze methode biedt aanzienlijke voordelen,

vooral voor medium-complexiteitscomponenten waarvoor geen ultradichte toleranties nodig zijn, maar moeten voldoen aan functionele en structurele eisen.

Kosteneffectiviteit zonder kracht op te offeren

Een van de Primaire redenen Fabrikanten kiezen voor waterglasgieten is het economische efficiëntie.

Natriumsilicaat is overvloedig, niet giftig, En veel minder duur dan colloïdaal silica dat wordt gebruikt bij high-end precisie gieten. Gemiddeld:

• Binderkosten per liter van waterglas is 30–50% lager dan die van silica sol.
• Shell -materialen, zoals kwartszand, zijn goedkoper dan gesmolten silica of zirkon.
• Kortere droogcycli (4–8 uur/laag) Schakel hogere dagelijkse output in, Vermindering van de totale doorlooptijd.

Resultaat: Lagere per-deel productiekosten-met name effectief voor middelgrote bestellingen (>1,000 pc's).

Adequate dimensionale nauwkeurigheid voor industrieel gebruik

Hoewel het gieten van waterglas niet kan rivaal silica sol in strakke tolerantieprestaties, het biedt nog steeds Acceptabele dimensionale nauwkeurigheid voor de meesten structurele en functionele delen:

• Haalbare tolerantie: ISO 8062 CT7 - CT9
• Lineaire tolerantieafwijking: ± 0,5% tot ± 1,5% van de nominale dimensie
• Oppervlakte -afwerking: RA 6-25 μm, Afhankelijk van de slurrykwaliteit en schimmelverwerking

Dit niveau van precisie is voldoende voor versnellingsplannen, klepbehuizingen, beugels, agrarische fittingen, en vele andere functionele componenten.

Superieure mechanische sterkte van schelpen

Waterglasgebaseerde schelpenaanbieding Robuuste groene en ontslagen kracht, het proces mogelijk maken Grotere en zwaardere componenten (meestal 1-80 kg per stuk). Dit is mogelijk vanwege:

• Hogere vaste stoffen inhoud (~ 40–50 gew.%) in waterklinaat
• Sterke binding met vuurvaste vuurvaste zaken of op silica
• Snelle instellingstijd, die defecten vermindert als gevolg van shell -vervorming

Toepassingen die nodig zijn structurele integriteit Over heter uiterlijk profiteren hiervan het meest van dit.

Eenvoud en operationele flexibiliteit verwerken

Waterglasinvesteringsgieten is ook gemakkelijker te implementeren en te schalen in kleine tot middelgrote gieterijen:

• Binderbereiding Vereist geen pH -aanpassingen of oppervlakteactieve additieven.
• Omgevingshuring is sneller en minder gevoelig voor vochtigheid dan colloïdale silicasystemen.
• Minder strenge temperatuurregeling is vereist tijdens het drogen en schieten.
• De herbruikbaarheid van de was en de eenvoud van slurry -hantering verminderen materiaalverspilling.

Bovendien, Standaard apparatuur en conventionele gietvaardigheden voldoende zijn om een ​​watergiete stichter efficiënt te laten lopen, Dit proces aantrekkelijk maken voor zowel opkomende markten als ervaren fabrikanten.

Overwegingen van het milieu en de gezondheid

Waterglasbinders zijn anorganisch, niet giftig, en in water oplosbaar, het verminderen van risico's in verband met VOS (Vluchtige organische verbindingen) en gevaarlijke dampen tijdens de voorbereiding van de schaal.

Vergeleken met op hars gebaseerde bindmiddelen:

• Er zijn geen organische oplosmiddelen vereist
• Minder stringente uitlaat- en rookbehandelingssystemen nodig
• Ontwakkingsemissies zijn lager als gevolg van schonere shell -verbranding

Dit ondersteunt ISO 14001 Milieu -naleving en veiligheidsverbeteringen op de werkplek.

4. Procesoverzicht: Van was tot metaal

Hieronder is een stapsgewijze uitsplitsing, Belangrijkste belangrijke parameters en verschillen versus silica-sol-casting.

Waspatrooncreatie

• Tolerantie: ± 0,05 mm
• Materialen: Paraffine-microckristallijne melanges (as <0.05 wt%)
• Volume: 10–50 delen per boom

Boommontage

• Sprue -ontwerp: 5–10% van het deelvolume
• Verwarm inzetten of waslijm: Zorgt voor robuuste gewrichten

Shell -gebouw met waterglasbinder

• Slurry compositie: 30-35 gew.% Na₂so₃, pH 11.5–12.5, viscositeit ~ 10 MPa · s
• Stucwerk cijfers: #100 mazen (150 µm) prime jas; #50-#30 (300–600 µm) back -up jassen
• Lagen & Drogen: 4–7 dips; 1–2 uur ambient of 60 ° C oven per laag
• Totale dikke dikke: 5–15 mm

Ontwricht (Stoom of heet water)

• Temperatuur: 160–180 ° C
• Druk: 5–7 bar stoom autoclaaf
• Duur: 20–30 min
• Washerstel: >85% terugwinning

Schieten van keramische schimmel

• Helling: 5 ° C/min tot 800 ° C; uitstel 2 H
• Eindtemperatuur: 900–1000 ° C voor 2-4 uur
• Doel: Verwijder resterende organica; Vitrificeer silicaatbinder

Metaal gieten en afkoelen

• Legeringstypen: Koolstofstaal (1 450–1 550 ° C), staal met lage legering (1 500–1 600 ° C), ductiel ijzer (1 350–1 450 ° C)
• Oververhitting: +20-50 ° 100 boven vloeistof
• Voor milt: 10–20 kg/s voor typische industriële smeltkroes

Verwijdering en afwerking van shell

• Knock -outmethoden: Schot met 0,4-0,6 MPa, mechanische trilling
• Opruimen: Grit stralen en licht slijpen
• Eindoppervlak: Ra ~ 6–8 µm voor bewerking

Belangrijkste verschil versus. Silica sol: Waterglas sets door drogen, geen door zuur of door warmte geïnduceerde gelatie.

Dewax gebruikt nat verwijdering, Het vermijden van burn-out op hoge temperatuur maar vereist effluent management.

Vervolgens, Cyclustijden kunnen korter zijn (2–3 dagen) dan de 3-5 dagen van Silica-Sol, Maar de refractoriness van de schaal piekt op ~ 900 ° C in plaats van 1200–1300 ° C.

5. Binderysteem: De chemie achter waterglas

Het bindersysteem is de hoeksteen van het gietproces van het waterglasinvesteringsproces.

Het bepaalt de mechanische sterkte, dimensionale stabiliteit, en thermisch gedrag van de keramische schaal. In waterglasgieten, natriumsilicaat—Verweerderig aangeduid als "waterglas" - wordt gebruikt als het primaire bindmiddel.

Inzicht in zijn chemische samenstelling, gedrag, en beperkingen zijn essentieel voor het optimaliseren van de castingkwaliteit, Defecten minimaliseren, en het beheersen van de productiekosten.

Wat is natriumsilicaat?

Natriumsilicaat (Na₂ho · voor seks) is een Alkalische waterige oplossing van silica en frisdrankas, Een viskeus vormen, glazige substantie die uitdringt bij het drogen.

De verhouding van siliciumdioxide (Sio₂) tot natriumoxide (Nauo) staat bekend als de silicaatmodulus- Een sleutelindicator van bindmiddeleigenschappen.

• Typische modulusbereik: 2.4 naar 3.0
• Viscositeit (25 ° C): 0.5–1.5 pa · s
• pH: 11–13 (sterk alkalisch)
• Vaste inhoud: 35–45%
• Verschijning: Transparant voor lichte barnsteenvloeistof

Een hogere modulus duidt op een hoger SIO₂ -gehalte, die de schaalsterkte verbetert maar de viscositeit kan verhogen en de verwerkbaarheid kan verminderen.

Werkingsmechanisme: Hoe het bindt

Natriumsilicaat bindt keramische deeltjes door verdampingsharden En polymerisatie:

1. Waterverdamping zorgt ervoor dat de silicaatgel zich concentreert en uitharden.
2. In aanwezigheid van co₂ of zure omgevingen, het ondergaat onomkeerbare polymerisatie, Een sterke vormen, glazige matrix.

Deze snel instellende natuur ondersteunt snellere droogcycli Vergeleken met silica sol, vooral in omgevingen met een goede luchtstroom en lage luchtvochtigheid.

Belangrijkste voordelen van natriumsilicaatbinder

Waterglasbinders bieden meerdere voordelen, vooral voor Kostengestuurde applicaties:

Functie	Prestatie
Kosten	30–50% lager dan colloïdaal silica
Shell droogtijd	Snel: 4–8 uur per laag
Beschikbaarheid	Wereldwijd overvloedig, Makkelijk op te slaan
Bindingssterkte	Matig tot hoog (~ 1–3 MPa droge sterkte)
Milieu -impact	Lage VOS, op waterbasis, niet ontspannend

Deze kenmerken maken natriumsilicaat ideaal voor medium-nauwkeurigheid Ferro -casting en groot volume runs waar economie voorrang heeft op de afwerking van de oppervlakte.

Beperkingen van waterglasbinders

Ondanks zijn bruikbaarheid, Natriumsilicaat is niet zonder nadelen:

Beperking	Technische impact
Hygroscopische aard	Shells absorberen vocht in de loop van de tijd, verzwakte structuur
Lagere refractoriness	Degradeert boven ~ 1250 ° C, Beperking van hoog-temp legeringsgebruik
Slechte vochtweerstand	Risico op het verzachten van shell bij opslag met hoge vochtigheid
Alkaliteit	Kan de hanteringsapparatuur corroderen en de huid irriteren
Krimpmismatch	Hoger risico op het kraken van shell tijdens het koelen

Vergeleken met Silica Sol -bindmiddelen, die superieure weerstand en dimensionale stabiliteit van hoge temperatuur bieden, Waterglas heeft de betrouwbaarheid verminderd voor strakke tolerantie, krachtige legeringen zoals titanium of Superlegeringen.

Modifier -additieven en verbeteringen

Om de prestaties te verbeteren en defecten te verminderen, Waterglasbinders worden vaak aangepast met behulp van:

• PH -stabilisatoren: Boorzuur, citroenzuur (Om het geleringssnelheid te beheersen)
• Harding agenten: Co₂ gasinjectie of ammoniumchloride
• Organische bindmiddelen: Kleine toevoegingen om de flexibiliteit te verbeteren
• Oppervlakteactieve stoffen: Verminder de viscositeit van de slurry en verbetering van bevochtiging

Recente vorderingen hebben geïntroduceerd hybride bindmiddelen- Mixing van natriumsilicaat met colloïdaal silica - voor balanskosten en schaalprestaties.

Deze hybriden verbeteren Shell thermische schokweerstand En Gietoppervlakte kwaliteit tot 25%.

Normen en kwaliteitsstatistieken

Waterglasbinders moeten worden gecontroleerd op belangrijke prestatiestatistieken:

Eigendom	Testmethode	Acceptabel bereik
Modulus	Titrimetrische of ICP-OES	2.4–3.0
pH	pH -meter (25 ° C)	11.5–13.0
Viscositeit	Brookfield Viscometer	0.5–1.5 pa · s
Geltijd (Co₂ test)	Laboratoriumgassing rig	<30 seconden
Droge bindingssterkte	ASTM C1161	≥1,0 MPa (bij 25 ° C)

6. Shell -materialen en constructietechnieken

Waterslijsten zijn afhankelijk van Voorziening op basis van silica:

• Prime Coats: #100-#140 Mesh Fine Quartz (75–150 µm) Voor het vastleggen van details
• Tussenliggende lagen: #60-#80 mesh (200–300 µm) voor kracht
• Back -up jassen: #30-#50 mesh (300–600 µm) voor stijfheid

Foundations zijn meestal van toepassing 4–7 lagen, balancering kracht (3–5 MPa en 500 ° C) tegen permeabiliteit (10–30 Darcy).

Ze onderhouden droogkamers bij 22–28 ° C, <50% Rh Om te voorkomen dat shell kraken. Daarentegen, Silica-Sol-schelpen bevatten vaak zirkoon- of aluminiumoxide-vulstoffen om te bereiken 6–8 MPA sterkte 800–1200 ° C.

7. Metalen en compatibiliteit gieten

Waterglas blinkt uit met ijzers legeringen:

• Koolstofstaal (bijv. Aisi 1080): Gegoten naar 1500 ° C; treksterkte ~ 450 MPa
• Staal met lage legering (bijv. 4140): Gegoten naar 1550 ° C; treksterkte ~ 650 MPa
• Ductiel ijzer: Gegoten naar 1 350 ° C; Verlenging ~ 10-15%
• Mangaanstaal: Gegoten naar 1450 ° C; Hardheid ~ 250 HB

Echter, Het ondersteunt slecht reactieve of lichte legeringen (Al, Mg, Van) Vanwege de alkaliteit van het bindmiddel en het resterende vocht. Deze vereisen vacuüm- of inert-bindersystemen (Silica-sol of alumineuze schelpen).

8. Dimensionale nauwkeurigheid en oppervlakte -afwerking

• Toleranties: ISO CT7 - CT9 (± 0,1-0,2% van de nominale lengte)- Geschikt voor functies tot 2 mm dikte
• Oppervlakteruwheid: RA 6–12 µm; met extra prime lagen, Onderdelen kunnen RA ~ 4–6 µm bereiken voordat u bewerkt
• Vergelijking: Zandgastopbrengsten RA 25-50 µm en CT11-CT14-toleranties; Silica-Sol levert RA 1,6-3,2 µm en CT4-CT6-toleranties

A 100 mm stalen beugel gegoten via waterglas vereist meestal 0.5–1,0 mm van bewerkingsvoorraad om RA te bereiken < 1.6 µm, versus 0.2 mm voor gietstukken met silica-sol.

9. Kwaliteitscontrole en inspectieprotocollen

Founding implementeren rigoureuze QA:

• Shell -inspectie: Ultrasone dikte meters, Visuele scheurcontroles
• Dewax verificatie: Restwas <0.5 wt%; shell hardheid >3 MPA
• Casting inspectie:

• • Radiografie (ASTM E446) om ≥1 mm porositeit te detecteren
  • Kleurstoffen (ASTM E165) voor oppervlaktescheuren ≥50 µm
  • CMM Meting: Kritische dims tot ± 0,05 mm

Procesdocumentatie houdt zich aan ISO 9001 En, waar van toepassing, AS9100 voor ruimtevaartonderdelen, Zorgen voor volledige traceerbaarheid van slurry -batch tot uiteindelijke warmtebehandeling.

10. Economische overwegingen en kostenanalyse

Factor	Waterglas	Silica sol	Zandgieten
Binderkosten	$0.20–0.40/l	$4–6/l	$0.10–0.20/l
Zandkosten	$30–50/ton	$200–300/ton (zirkoon)	$20–30/ton
Shell Build Time	2–3 dagen	3–5 dagen	1–2 dagen
Typische onderdeelkosten (staal)	$50- $ 200	$150- $ 500	$30- $ 120
Net-vorm bewerkingsbesparingen	30–50%	60–80%	0–20%

11. Industriële toepassingen

Waterglasgastpakken medium- naar grootschalige ferro-componenten, inbegrepen:

• Pomp- en kleplichamen: Complexe interne geometrieën, Ra < 12 µm
• Landbouwapparatuur: Tractorbehuizingen, ploegassemblages
• Zware machines: Mijnschoppen, versnellingsbakbehuizingen
• Off-road voertuigcomponenten: Chassisbeugels, rembehuizingen

12. Vergelijkende analyse: Waterglas vs. Andere methoden

Bij het selecteren van een gietproces, ingenieurs moeten wegen nauwkeurigheid, oppervlakte -afwerking, materiële compatibiliteit, Tooling Investment, En productieschaal tegen eenheidskosten.

Waterglasinvesteringsgieten bezet een middenweg - het biedt een betere precisie en afwerking dan zandgieten, Toch tegen een fractie van de kosten van silica -sol investeringsuitgieten.

Insgelijks, het herbergt ijzers legeringen die sterven casting niet. De onderstaande tabel destilleert deze afwegingen in belangrijke statistieken over vijf gemeenschappelijke methoden.

Belangrijke afhaalrestaurants:

• Waterglas vs. Silica sol: Waterglas verlaagt de bindmiddel en vuurvaste kosten tot maximaal 70%, Tijdens het leveren van CT7-CT9-toleranties en RA 6-25 µm afwerkingen.
  Daarentegen, Silica Sol bereikt CT5-CT7 en RA 3–12 µm maar vereist hogere goedkope colloïdaal silica en zirkoonmeel.
• Waterglas vs. Zandgieten: Waterglas smaller de nauwkeurigheid tot CT7-CT9 (versus CT10-CT13) en verbetert de oppervlakteafwerking met 2-4 ×,
  waardoor het ideaal is wanneer de ruwheid van zandgieten en losse toleranties niet kunnen voldoen aan de functionele vereisten.
• Waterglas vs. Die casting: Hoewel het gieten van die strakste toleranties bereikt (CT4-CT6) en soepelste afwerkingen (RA 1-5 µm), Het beperkt de legeringkeuze tot niet-ferrometalen en maakt zeer hoge gereedschapskosten op, Beperking van de levensvatbaarheid ervan voor ferro -componenten en lagere volumes.
• Waterglas vs. Lost schuim gieten: Beide methoden behandelen complexe vormen, Maar waterglas levert een betere oppervlaktekwaliteit op (RA 6-25 µm vs. 12–50 µm) en sterkere keramische schelpen, Terwijl Lost Foam eenvoudiger mal setup biedt zonder shell -gebouw.

13. Conclusie

Waterglasinvesteringsgieten levert een optimaal evenwicht van kosten, complexiteit, En nauwkeurigheid voor ferro -componenten.

Met Binder kost minder dan $ 0,50/kg, Toleranties voor CT7, En Het oppervlak eindigt naar RA 6 µm, het stelt fabrikanten in staat om ingewikkeld te produceren, Zware onderdelen tegen een fractie van gespecialiseerde investerings-casting-kosten.

Verder, Robuuste QA -protocollen uitgelijnd met ISO 9001 En ASTM -normen Zorg voor een consistente kwaliteit voor kritieke toepassingen.

Vooruitkijken, vordert in Geautomatiseerd shell -gebouw, geoptimaliseerde silicaatformuleringen, En Hybride bindersystemen Kan de nauwkeurigheid van de methode en de voetafdruk van de methode verder verbeteren.

Hoe dan ook, Wanneer ingenieurs een kosteneffectief nodig hebben, Betrouwbare oplossing voor staal en ijzeren gietstukken met medium-precisie, Waterglasinvesteringsgieten blijft een beproefd, door de industrie bewezen keuze.

LangHe is de perfecte keuze voor uw productiebehoeften als u van hoge kwaliteit nodig is WATER GLASS INVESTERINGEN CASTING SERVICES.

Neem vandaag nog contact met ons op!