Что такое инвестиционное литье в водяном стекле?

Инвестиционное литье-также известный как литье с потерянными восками-оставляет один из самых универсальных металлических методов..

В этом сфере, водяной стакан (силикат натрия) инвестиционный кастинг выделяется за его экономическую эффективность и способность производить сложные грузовые компоненты.

В этом руководстве, Мы глубоко углубляемся во все аспекты процесса, Предоставление данных, основанных на данных и ссылки на отраслевые стандарты для поддержки инженерных решений.

1. Введение: Понимание литья инвестиций в воду из водного стекла

Водяной стакан инвестиционный кастинг Использование силикат натрия (Нахсио) В качестве керамического связующего для образования многослойной оболочки вокруг восковых узоров.

В то время как процессы кремнезема полагаются на коллоидный кремнезем, водяное стекло натягивает обильное, недорогой связующий, который служил литейными заводами с середины 20-го века.

Исторически, Ремесленники в Азии и Европе применяли примитивные щелочные силикаты на формы оболочки; через некоторое время, Химики усовершенствовали сио:НАТО Райо (часто 2.5:1 по весу) Чтобы оптимизировать прочность и скорость настройки.

Сегодня, Водяное стекла заполняет критическую нишу: это доставляет ИСО 8062 Допуски CT7-CT9 и Поверхностная отделка RA 6–12 мкм сохраняя затраты на материалы для оболочки. $0.50/кг-Фракция систем кремнезема.

Следовательно, Производители используют его для среднего режима, Бюджетные приложения, такие как сельскохозяйственное оборудование, насосные корпусы, и тяжелые клапаны.

2. Что такое водяной стеклянный лист?

Водяной стеклянный литей, также известен как Инвестиционное литье инвестиций в силикат натрия, это конкретный тип инвестиционный кастинг это использует водяной стакан (Натриевой силикатный раствор) в качестве переплет.

Это эффективный и экономичный процесс, который производит металлические компоненты с чистой формой или вблизи сети с умеренной точностью и качеством поверхности.

Этот метод особенно хорошо подходит для кастинга середина- к крупным грузовым компонентам с относительно простой или умеренно сложной геометрией.

Определение и основной принцип

В водном стекле, Центральный принцип остается в соответствии со всеми процессами литья с потерянными восками: одноразовый Восковая модель покрыт несколькими керамическими слоями, чтобы сформировать оболочку.

Как только оболочка вылечивается и закалена, воск удален (Depaxed), и расплавленный металл заливают в полость.

После охлаждения и затвердевания, Оболочка отрывается, чтобы раскрыть литой металлический компонент.

Отличительной особенностью этого процесса является Использование водного стекла (Na₂sio₃ раствор) Как связывание в керамической суспензии.

По сравнению с коллоидным кремнеземом (Используется в инвестиционном литье Silica Sol с более высокой конкретной силика), водяной стакан обеспечивает:

• Более низкая стоимость материала
• Более быстрое время сушки
• Более высокая пропускная способность производства

3. Зачем использовать стеклян?

Инвестиционное литье в воду, хотя и не самый изысканный процесс,

продолжает быть широко принятым в нескольких отраслях промышленности из -за ее непогашенный баланс между экономической эффективностью, Механическая надежность, и масштабируемость производства.

С помощью силикат натрия (Нахсио) как связующее, Этот метод предлагает значительные преимущества,

особенно для Компоненты средней комплексности которые не требуют сверхтяжных допусков, но должны соответствовать функциональным и структурным требованиям.

Экономическая эффективность без жертвы силы

Один из Основные причины Производители выбирают литье из водяного стекла - это его Экономическая эффективность.

Силикат натрия обильный, нетоксичный, и гораздо дешевле чем коллоидный кремнезем. В среднем:

• Стоимость переплета за литр водяного стакана 30–50% ниже чем силика Sol.
• Материалы раковины, такие как кварцевый песок, дешевле, чем слитый кремнезый или циркон.
• Короче циклов сушки (4–8 часов/слой) Включить более высокий ежедневный выход, Сокращение общего времени выполнения.

Результат: Более низкая стоимость производства в течение всего лиц-особенно эффективно для заказов среднего объема (>1,000 ПК).

Адекватная точность размеров для промышленного использования

Хотя литье из водяного стекла не может конкурировать с силиками с жесткой терпимостью, это все еще обеспечивает приемлемая точность размеров Для большинства структурные и функциональные части:

• Достижимая терпимость: ИСО 8062 CT7 - CT9
• Линейное отклонение толерантности: ± от 0,5% до ± 1,5% номинального измерения
• Поверхностная отделка: RA 6-25 мкм, в зависимости от качества суспензии и обработки плесени

Этого уровня точности достаточно для заготовки для передачи, Корпус клапанов, скобки, Сельскохозяйственная фитинга, и многие другие функциональные компоненты.

Превосходная механическая прочность оболочек

Предлагают раковины на основе стекла крепкий зеленый и уволенная сила, позволяя процессу размещать более крупные и тяжелые компоненты (Обычно 1–80 кг на кусок). Это возможно из -за:

• Более высокое содержание твердых веществ (~ 40–50 мас.%) в стеклянном связующем
• Сильная связь с кварцевыми или кремнеземами.
• Быстрое время настройки, которые уменьшают дефекты из -за деформации оболочки

Заявки, требующие структурная целостность Чувный внешний вид больше всего пользуется от этого.

Простота процесса и эксплуатационная гибкость

Инвестиционное литье с водным стеклом также легче реализовать и масштабировать в малых и средних литейных заводах:

• Переплет Не требует корректировок pH или добавок поверхностно -активного вещества.
• Окружающая среда быстрее и менее чувствителен к влажности, чем системы коллоидного кремнезема.
• Менее строгий контроль температуры требуется во время сушки и стрельбы из раковины.
• Повторное использование воска и простоты обработки суспензии уменьшают отходы материала.

Более того, стандартное оборудование и обычные навыки литья достаточны для эффективного запуска водяного стеклянного ликета, сделать этот процесс привлекательным для обоих развивающихся рынков, так и опытных производителей.

Экологические и медицинские соображения

Водяные стеклянные переплеты неорганический, нетоксичный, и водорастворимый, снижение рисков, связанных с ЛОС (летучие органические соединения) и опасные пары во время приготовления раковины.

По сравнению с связующими на основе смолы:

• Органические растворители не требуются
• Необходимы менее строгие системы обработки выхлопных газов и пумей
• Выбросы департамента ниже из -за более чистого сжигания оболочки

Это поддерживает ИСО 14001 Экологическое соблюдение и улучшения безопасности на рабочем месте.

4. Обзор процесса: От воска до металла

Ниже приведен пошаговый срыв, выделение ключевых параметров и различий в зависимости от литья кремнезема.

Создание воска

• Терпимость: ± 0,05 мм
• Материалы: Парафин-микрокристаллические смеси (пепел <0.05 wt%)
• Объем: 10–50 деталей на дерево

Сборка дерева

• Программный дизайн: 5–10% от объема части
• Тепловые ставки или восковой клей: Обеспечивает надежные суставы

Здание снаряда с стеклянным стеклом

• Состав суспензии: 30-35 мас.% Na₂so₃, PH 11,5–12,5, Вязкость ~ 10 МПа · с
• Штукатурные оценки: #100 сетка (150 мкм) главное пальто; #50-#30 (300–600 мкм) резервные пальто
• Костюм & Сушка: 4–7 провалы; 1–2 Ambient или 60 ° C духовка на пальто
• Общая толщина раковины: 5–15 мм

Depaxing (Пара или горячая вода)

• Температура: 160–180 ° C.
• Давление: 5–7 Bar Steam Autoclave
• Продолжительность: 20–30 мин
• Восковое восстановление: >85% мелиорация

Увольнение керамической формы

• Скорость романа: 5 ° C/мин до 800 ° C.; держать 2 час
• Окончательная температура: 900–1000 ° C в течение 2–4 часа
• Цель: Удалить остаточную органику; Прописывание силикатного связующего

Металл залив и охлаждение

• Типы сплавов: Углеродистая сталь (1 450–1 550 ° C.), низкопластная сталь (1 500–1 600 ° C.), пластичный железо (1 350–1 450 ° C.)
• Перегрев: +20-50 ° 100 над жидкостью
• Для селезенки: 10–20 кг/с для типичных промышленных типений

Удаление и отделка раковины

• Нокаутные методы: Выстрел в 0,4–0,6 МПа, механическая вибрация
• Уборка: Зерновая взрыва и легкое измельчение
• Конечная поверхность: Ra ~ 6–8 мкм до обработки

Ключевое отличие против. Силика Сол: Водяные стеклы устанавливаются сушка, не кистное или вызванное тепло.

DeWax использует влажное удаление, Избегание высокотемпературного выгорания, но требуя управления стоками.

Следовательно, Время цикла может быть короче (2–3 дней) чем Силика-Соль 3–5 дней, Но рефрактерность оболочки пикает в ~ 900 ° C. скорее, чем 1200–1300 ° C..

5. Система связующего: Химия, стоящая за стеклянным стеклом

Система связующего - краеугольный камень процесса литья инвестиций в водяной стекла.

Он определяет механическую прочность, размерная стабильность, и тепловое поведение керамической оболочки. В водном стекле, силикат натрия- Когонде, называемый «водяным стеклом» - используется в качестве основного связующего.

Понимание его химического состава, поведение, и ограничения необходимы для оптимизации качества литья, минимизация дефектов, и контроль производственных затрат.

Что такое силикат натрия?

Силикат натрия (Na₂ho · для секса) является щелочный водный раствор кремнезема и содовой золы, формирование вязкого, Стеклянное вещество, которое затвердевает на сушке.

Соотношение диоксида кремния (Sio₂) до оксида натрия (Науо) известен как Силикатный модуль- ключевой индикатор свойств связующего.

• Типичный диапазон модуля: 2.4 к 3.0
• Вязкость (25 ° C.): 0.5–1,5 Па · с
• pH: 11–13 (сильно щелочная)
• Твердый контент: 35–45%
• Появление: Прозрачная до света янтарной жидкости

Более высокий модуль указывает на более высокое содержание SIO₂, что улучшает прочность на оболочку, но может повысить вязкость и снизить работоспособность.

Механизм действия: Как это связывает

Силикат натрия связывает керамические частицы через испарительное упрочнение и полимеризация:

1. Испарение воды вызывает концентрацию силикатного геля и укрепления.
2. В присутствии Co₂ или кислой среды, он подвергается необратимая полимеризация, формируя сильные, Стеклянная матрица.

Этот быстрый характер поддерживает Более быстрые циклы сушки по сравнению с силика, особенно в среде с хорошим воздушным потоком и низкой влажностью.

Ключевые преимущества связующего силиката натрия

Водяные стеклянные переплеты предлагают многочисленные преимущества, Специально для Приложения, управляемые стоимостью:

Особенность	Производительность
Расходы	30–50% ниже коллоидного кремнезема
Время сушки раковины	Быстрый: 4–8 часов на слой
Доступность	Во всем мире обильно, легко хранить
Связь	От умеренного до высокого (~ 1–3 МПа сухая прочность)
Воздействие на окружающую среду	Низкие ЛОС, на водной основе, неплохо

Эти характеристики делают силикат натрия идеальными для средний рецепт Черновой кастинг и Большое объем пробегает где экономика имеет приоритет над поверхностной отделкой.

Ограничения водных стеклянных связей

Несмотря на свою практичность, Силикат натрия не без недостатков:

Ограничение	Техническое воздействие
Гигроскопическая природа	Оболочки поглощают влагу со временем, ослабление структуры
Более низкая рефрактерность	Унигает выше ~ 1250 ° C., Ограничение использования сплава с высоким содержанием
Плохая устойчивость к влаге	Риск смягчения раковины при хранении высокой влажности
Щелочность	Может корродировать оборудование для обработки и раздражать кожу
Несоответствие усадки	Более высокий риск растрескивания раковины во время охлаждения

По сравнению с связующими силиками соль, которые предлагают превосходную высокую температурную сопротивление и стабильность размеров, Стекло из воды снижает надежность для плотная устойчивость, Высокопроизводительные сплавы, как титан или Суперсплавы.

Модификаторы добавки и улучшения

Чтобы повысить производительность и уменьшить дефекты, Водяные стеклянные связующие часто модифицируются с использованием:

• PH стабилизаторы: Борная кислота, лимонная кислота (Для контроля скорости гелеобразования)
• Утверждающие агенты: Co₂ газовый инъекция или хлорид аммония
• Органические связующие: Небольшие дополнения для повышения гибкости
• Поверхностно -активные вещества: Уменьшить вязкость суспензии и улучшить смачивание

Последние достижения ввели гибридные связующие—МИКАЦИЯ силиката натрия с коллоидным кремнеземом - для баланса стоимости и производительности оболочки.

Эти гибриды улучшаются Устойчивость к тепловой амортизации раковины и Качество литья до 25%.

Стандарты и показатели качества

Водяные стеклянные переплеты должны контролироваться для ключевых показателей производительности:

Свойство	Метод испытаний	Приемлемый диапазон
Модуль	Титриметрический или ICP-OES	2.4–3.0
pH	PH Meter (25 ° C.)	11.5–13.0
Вязкость	Brookfield Viscometer	0.5–1,5 Па · с
Гелевое время (Co₂ тест)	Лабораторная газовая установка	<30 секунды
Прочность на сухую связь	ASTM C1161	≥1,0 МПа (при 25 ° C.)

6. Материалы оболочки и методы строительства

Водяные раковины полагаются на Обороты на основе кремнезема:

• Главные пальто: #100-#140 сетчатой ​​кварц (75–150 мкм) Для получения детализации захват
• Промежуточные пальто: #60-#80 сетка (200–300 мкм) для силы
• Резервные пальто: #30-#50 сетка (300–600 мкм) для жесткости

Литейные заводы обычно применяются 4–7 слои, баланс сила (3–5 МПа и 500 ° C.) против проницаемость (10–30 Дарси).

Они поддерживают сушки в 22–28 ° C., <50% Раствор Чтобы предотвратить растрескивание раковины. В отличие, Оболочки кремнезема часто включают в себя наполнители циркона или глинозем для достижения 6–8 МПа сила в 800–1200 ° C..

7. Кастинг металлов и совместимость

Водяной стакан превосходит с железные сплавы:

• Углеродистая сталь (например. Айси 1080): Залил в 1500 ° C.; Прочность на растяжение ~ 450 МПа
• Низкопластная сталь (например. 4140): Залил в 1550 ° C.; Растяжение ~ 650 МПа
• Пластичный железо: Залил в 1 350 ° C.; удлинение ~ 10–15%
• Марганцевая сталь: Залил в 1450 ° C.; Твердость ~ 250 hb

Однако, Он плохо поддерживает реактивные или легкие сплавы (Ал, Мг, Из) из -за щелочности и остаточной влаги. Это требует вакуумные или инертные системы (кремнезый или глиноземные раковины).

8. Точность размеров и отделка поверхности

• Допуски: ISO CT7 - CT9 (± 0,1–0,2% номинальной длины)- подходит для функций вплоть до 2 ММ толщина
• Шероховатость поверхности: RA 6–12 мкм; с дополнительными первичными пальто, Части могут достигать RA ~ 4–6 мкм перед обработкой
• Сравнение: Допускания литья песка RA 25–50 мкм и CT11-CT14; Силика-SOL обеспечивает допуски RA 1,6–3,2 мкм и CT4-CT6

А 100 MM Стальной кронштейн, отлитый через водяное стекло, обычно требуется 0.5–1,0 мм обработки для достижения РА < 1.6 мкм, против 0.2 мм Для дискретизированных отливок.

9. Протоколы контроля качества и проверки

Литейные заводы внедряют строгий QA:

• Проверка оболочки: Ультразвуковая толщина, визуальные проверки трещины
• Проверка DEWAX: Остаточный воск <0.5 wt%; твердость раковины >3 МПА
• Кастинг осмотр:

• • Рентгенография (ASTM E446) Чтобы обнаружить пористость ≥1 мм
  • Краситель пенетрант (ASTM E165) Для поверхностных трещин ≥50 мкм
  • CMM Измерение: Критические DIMS до ± 0,05 мм

Процесс документация придерживается ИСО 9001 и, где применимо, AS9100 для аэрокосмических частей, Обеспечение полной отслеживаемости от партии суспензии до конечной термообработки.

10. Экономические соображения и анализ затрат

Фактор	Водяной стакан	Силика Сол	Кастинг песка
Стоимость переплета	$0.20–0.40/л	$4–6/л	$0.10–0.20/л
Стоимость песка	$30–50/тонна	$200–300/тонна (циркон)	$20–30/тонна
Время сборки раковины	2–3 дней	3–5 дней	1–2 дней
Типичная стоимость части (сталь)	$50- 200 долларов	$150- 500 долларов	$30- 120 долларов
Сбережения с чистой формой	30–50%	60–80%	0–20%

11. Промышленные применения

Водяные стеклянные листовые костюмы среднего- к крупномасштабным компонентам железа, включая:

• Насосные и клапанные тела: Сложная внутренняя геометрия, Раствор < 12 мкм
• Сельскохозяйственное оборудование: Тракторные корпусы, плуг сборки
• Тяжелая техника: Горнодобывающие лопаты, корпусы коробки передач
• Компоненты автомобиля внедорожников: Шасси скобки, Тормозные корпусы

12. Сравнительный анализ: Водяной стакан против. Другие методы

При выборе процесса кастинга, Инженеры должны весить точность, поверхностная отделка, Совместимость материала, Инвестиции в инструменты, и Производственная шкала против Единица стоимость.

Инвестиционное литье для водного стекла занимает среднюю землю - он предлагает лучшую точность и отделку, чем песчаное литье, но за долю от стоимости инвестиционного литья кремнезема.

Так же, В нем разместятся железные сплавы, которые умирают.. Таблица ниже перегоняет эти компромиссы в ключевые метрики в пяти распространенных методах.

Ключевые выводы:

• Водяной стакан против. Силика Сол: Вода стакан уменьшает переплет и рефрактерный 70%, При доставке допусков CT7-CT9 и RA 6–25 мкм..
  В отличие, Силикареол достигает CT5-CT7 и RA 3–12 мкм, но требует более дорогостоящих коллоидных кремнезема и цирконовской муки.
• Водяной стакан против. Кастинг песка: Водяной стаканчик сужает точность CT7-CT9 (против CT10-CT13) и улучшает отделку поверхности на 2–4 ×,
  Сделать его идеальным, когда шероховатость литья песчаного кастинга не могут соответствовать функциональным требованиям.
• Водяной стакан против. Литье под давлением: Хотя кастинг Die достигает самых жестких допусков (CT4-CT6) и самые плавные отделки (RA 1-5 мкм), он ограничивает выбор сплава нерухозными металлами и несет очень высокие затраты на инструмент, Ограничение его жизнеспособности для грузовых компонентов и более низких объемов.
• Водяной стакан против. Литье по выплавляемым моделям: Оба метода обрабатывают сложные формы, Но водяной стакан дает лучшее качество поверхности (RA 6-25 мкм против. 12–50 мкм) и более сильные керамические раковины, В то время как Lose Foam предлагает более простую настройку плесени без строительства оболочки.

13. Заключение

Инвестиционное литье с водным стеклом доставляет оптимальный баланс из расходы, сложность, и точность Для компонентов железа.

С переплет стоит менее 0,50 долл. США/кг, Допуски на CT7, и Поверхностная отделка до РА 6 мкм, это позволяет производителям производить сложные, тяжелые детали за небольшую часть специализированных инвестиционных затрат.

Более того, надежные протоколы QA, выровненные с ИСО 9001 и Стандарты ASTM Обеспечить постоянное качество для критических приложений.

Глядя в будущее, Достижения в Автоматизированное здание оболочки, оптимизированные силикатные составы, и Гибридные системы связующих может дополнительно повысить точность метода и окружающую среду.

Тем не менее, Когда инженерам нужен экономичный, надежный раствор для стальных и железных отливок среднего назначения, Инвестиционное литье с водным стеклом остается проверено по времени, Прогнозируясь в отрасли выбор.

Лангх Идеальный выбор для ваших производственных потребностей, если вам нужно высококачественное Услуги инвестиций в водяной стекла.

Свяжитесь с нами сегодня!