Vad är Water Glass Investment Casting?

Investeringsgjutning-även känd som förlorad-wax-gjutning-förblir en av de mest mångsidiga metallbildande teknikerna.

Inom detta område, vattenglas (natriumsilikat) investeringsgjutning står för sin kostnadseffektivitet och kapacitet att producera komplexa järnkomponenter.

I den här guiden, Vi fördjupar djupt i alla aspekter av processen, Tillhandahålla datadriven insikter och referera till branschstandarder för att stödja tekniska beslut.

1. Introduktion: Förstå gjutning av vattenglasinvesteringar

Vattenglas investeringsgjutning använder natriumsilikat (Na₂sio₃) Som keramikbindemedel för att bilda ett flerskiktsskal runt vaxmönster.

Medan kiseldioxidprocesser förlitar sig på kolloidal kiseldioxid, Vattenglas drar på en riklig, lågkostnadsbindemedel som har tjänat gjuterier sedan mitten av 1900-talet.

Historiskt, Hantverkare i Asien och Europa använde primitiva alkaliska silikater på skalformar; med tiden, Kemister förfinade sio₂:Nato raio (ofta 2.5:1 vikt) För att optimera styrka och inställningshastighet.

I dag, Vattenglasgjutning fyller en kritisk nisch: det levererar Iso 8062 CT7-CT9-toleranser och Ytfinish av RA 6–12 μm Samtidigt som det är per del av skalmaterialkostnader under $0.50/kg—En bråkdel av kiseldioxidsystem.

Följaktligen, Tillverkare utnyttjar det för mediumprecision, budgetkänsliga applikationer som jordbruksmaskiner, pumphus, och tunga ventiler.

2. Vad är gjutning av vattenglas?

Gjutning av vattenglas, även känd som natriumsilikatinvestering, är en specifik typ av investeringsgjutning som använder vattenglas (natriumsilikatlösning) Som bindemedelsmaterial för att bygga keramiska skal runt vaxmönster.

Det är en effektiv och ekonomisk process som producerar Net-form eller nära-net-form metallkomponenter med måttlig precision och ytkvalitet.

Denna metod är särskilt väl lämpad för gjutning medium- till stora järnkomponenter med relativt enkla till måttligt komplexa geometrier.

Definition och kärnprincip

I vattenglasgjutning, Den centrala principen förblir förenlig med alla gjutningsprocesser: en disponibel vaxmodell är belagd med flera keramiska lager för att bilda ett skal.

När skalet har botats och härdas, Vaxet tas bort (avtagen), och smält metall hälls i hålrummet.

Efter kylning och stelning, skalet är uppdelat för att avslöja den gjutna metallkomponenten.

Det utmärkande funktionen i denna process är vattenglas (Na₂sio₃ -lösning) Som bindemedlet i den keramiska uppslamningen.

Jämfört med kolloidal kiseldioxid (Används i Silic Sol Sol Investment Casting), Vattenglas ger:

• Lägre materialkostnad
• Snabbare torktid
• Högre produktion genomströmning

3. Varför använda vattenglas?

Water Glass Investment Casting, men inte den mest förfinade processen som finns tillgänglig,

fortsätter att antas i stor utsträckning i flera branscher på grund av dess Enastående balans mellan kostnadseffektivitet, mekanisk tillförlitlighet, och produktionsskalbarhet.

Genom att använda natriumsilikat (Na₂sio₃) Som bindemedel, Denna metod erbjuder betydande fördelar,

särskilt för medelkomplexitetskomponenter som inte kräver extremt täta toleranser men måste uppfylla funktionella och strukturella krav.

Kostnadseffektivitet utan att offra styrka

En av de primära skäl Tillverkare väljer gjutning av vattenglas är dess ekonomisk effektivitet.

Natriumsilikat är riklig, giftfri, och Mycket billigare än kolloidal kiseldioxid som används i avancerad precision i precision. I genomsnitt:

• Bindemedel per liter av vattenglas är 30–50% lägre än kiseldioxid.
• Skalmaterial, som kvartsand, är billigare än smält kiseldioxid eller zirkon.
• Kortare torkcykler (4–8 timmar/lager) Aktivera högre daglig produktion, Minska den totala ledtiden.

Resultat: Lägre produktionskostnad per del-särskilt effektiv för order med medelvolym (>1,000 datorer).

Tillräcklig dimensionell noggrannhet för industriellt bruk

Även om gjutning av vattenglas inte kan konkurrera med kiseldioxid Sol i tät toleransprestation, det ger fortfarande acceptabel dimensionell noggrannhet för de flesta strukturella och funktionella delar:

• Möjlig tolerans: Iso 8062 CT7 - CT9
• Linjär toleransavvikelse: ± 0,5% till ± 1,5% av den nominella dimensionen
• Ytfin: RA 6-25 μm, Beroende på uppslamningskvalitet och mögelbehandling

Denna precisionsnivå är tillräcklig för redskap, ventilhus, parentes, jordbruksbeslag, och många andra funktionella komponenter.

Skalens överlägsna mekaniska styrka

Vattenglasbaserade skal erbjuder Robust grön och avfyrad styrka, Att göra det möjligt för processen att tillgodose större och tyngre komponenter (Vanligtvis 1–80 kg per bit). Detta är möjligt på grund av:

• Högre fasta ämnen (~ 40–50 viktprocent) i vattenglasbindemedel
• Stark bindning med kvarts eller kiseldioxidbaserade eldfasta
• Snabb inställningstid, vilket minskar defekter på grund av skaldeformation

Applikationer som kräver strukturell integritet över fin utseende gynnar mest av detta.

Processen enkelhet och operativ flexibilitet

Water Glass Investment Casting är också lättare att implementera och skala i små till medelstora gjuteri:

• Bindemedelsberedning Kräver inga pH -justeringar eller ytaktiva tillsatser.
• Omgivning är snabbare och mindre känslig för fuktighet än kolloidala kiseldioxidsystem.
• Mindre sträng temperaturkontroll krävs under skaltorkning och skjutning.
• Återanvändbarhet av vaxet och enkelheten i uppslamningshantering minskar materialavfall.

Dessutom, Standardutrustning och konventionella gjutningsförmågor räcker för att köra ett vattenglasgjuteri effektivt, Att göra denna process attraktiv för både tillväxtmarknader och erfarna tillverkare.

Miljö- och hälsoöverväganden

Vattenglasbindemedel är oorganisk, giftfri, och vattenlöslig, Minska risker i samband med VOC (flyktiga organiska föreningar) och farliga ångor under skalberedning.

Jämfört med hartsbaserade bindemedel:

• Inga organiska lösningsmedel krävs
• Mindre stränga avgaser och rökhanteringssystem behövs
• Avvikande utsläpp är lägre på grund av renare skalförbränning

Detta stöder Iso 14001 miljööverensstämmelse och arbetsplatsens säkerhetsförbättringar.

4. Processöversikt: Från vax till metall

Nedan är en steg-för-steg-uppdelning, Markera nyckelparametrar och skillnader kontra kiseldioxid-solgjutning.

Skapande av vaxmönster

• Tolerans: ± 0,05 mm
• Materiel: Paraffin-mikrokristallinblandningar (aska <0.05 wt%)
• Volym: 10–50 delar per träd

Trädmontering

• Spruta design: 5–10% av delvolymen
• Värmesatser eller vaxlim: Säkerställer robusta leder

Skalbyggnad med vattenglasbindemedel

• Uppslamningskomposition: 30-35 vikt% na₂so₃, PH 11,5–12,5, viskositet ~ 10 MPa · s
• Stuckaturbetyg: #100 maska (150 um) prime -kappa; #50-#30 (300–600 um) backuprockar
• Rockar & Torkning: 4–7 dopp; 1–2 timmar omgivande eller 60 ° C ugn per kappa
• Total skaltjocklek: 5–15 mm

Dewaxing (Ånga eller varmt vatten)

• Temperatur: 160–180 ° C
• Tryck: 5–7 bar ånga autoklav
• Varaktighet: 20–30 min
• Återhämtning: >85% återvinning

Avfyrning av keramisk mögel

• Ramphastighet: 5 ° C/min till 800 ° C; hålla 2 h
• Sluttemperatur: 900–1000 ° C under 2-4 timmar
• Ändamål: Ta bort restorganiska ämnen; förglasning av silikatbindemedel

Metall häll och kylning

• Legeringstyper: Kolstål (1 450–1 550 ° C), stål med låglögt (1 500–1 600 ° C), duktil järn (1 350–1 450 ° C)
• Överhettning: +20-50 ° 100 över vätska
• För mjälte: 10–20 kg/s för typiska industriella renor

Skalborttagning och efterbehandling

• Knockoutmetoder: Skottblast vid 0,4–0,6 MPa, mekanisk vibration
• Rengöring: Grit sprängning och lätt slipning
• Slutytan: Ra ~ 6–8 um före bearbetning

Nyckelskillnad vs. Kiselsol: Vattenglas går förbi torkning, inte syra eller värmeinducerad gelning.

Dewax använder våtborttagning, undvika utbrändhet med högtemperatur men kräver avloppshantering.

Följaktligen, Cykeltider kan vara kortare (2–3 dagar) än kiseldioxid-Sols 3–5 dagar, Men skalbrygga toppar på ~ 900 ° C snarare än 1200–1300 ° C.

5. Bindemedelssystem: Kemin bakom vattenglaset

Bindemedelssystemet är hörnstenen i Water Glass Investment Casting Process.

Det bestämmer den mekaniska styrkan, dimensionell stabilitet, och termiskt beteende hos det keramiska skalet. I vattenglasgjutning, natriumsilikat—Monlt kallas ”vattenglas” - används som det primära bindemedlet.

Förstå dess kemiska sammansättning, beteende, och begränsningar är avgörande för att optimera gjutningskvaliteten, Minimera defekter, och kontroll av produktionskostnader.

Vad är natriumsilikat?

Natriumsilikat (Na₂ho · för sex) är en Alkalisk vattenhaltig lösning av kiseldioxid och soda, bildar en viskös, glasartat ämne som härdar vid torkning.

Förhållandet mellan kiseldioxid (Sio₂) till natriumoxid (Nauo) är känd som silikamodul—En nyckelindikator på bindemedelsegenskaper.

• Typiskt modulområde: 2.4 till 3.0
• Viskositet (25 ° C): 0.5–1.5 Pa · s
• pH: 11–13 (starkt alkalisk)
• Fast innehåll: 35–45%
• Utseende: Transparent till ljus bärnsten vätska

En högre modul indikerar ett högre SIO₂ -innehåll, vilket förbättrar skalstyrkan men kan öka viskositeten och minska bearbetbarheten.

Handlingsmekanism: Hur det binder

Natriumsilikat binder keramiska partiklar genom avdunstning och polymerisation:

1. Vattenindunstning får silikatgelen att koncentrera sig och härda.
2. I närvaro av co₂ eller sura miljöer, det genomgår irreversibel polymerisation, bildar en stark, glasartad matris.

Denna snabba natur stöder snabbare torkcykler Jämfört med kiseldioxid, särskilt i miljöer med bra luftflöde och låg luftfuktighet.

Viktiga fördelar med natriumsilikatbindemedel

Vattenglasbindemedel erbjuder flera fördelar, särskilt för kostnadsdrivna applikationer:

Särdrag	Prestanda
Kosta	30–50% lägre än kolloidal kiseldioxid
Skaltorkning	Snabb: 4–8 timmar per lager
Tillgänglighet	Globalt rikligt, Lätt att lagra
Bindningsstyrka	Måttlig till hög (~ 1–3 MPa torr styrka)
Miljöpåverkan	Låga VOC, vattenbaserad, icke-brandfarlig

Dessa egenskaper gör natriumsilikat idealiskt för medelstor järngjutning och stora volym Där ekonomi har företräde framför ytfinish.

Begränsningar av vattenglasbindemedel

Trots dess praktiska, natriumsilikat är inte utan nackdelar:

Begränsning	Teknisk inverkan
Hygroskopisk natur	Skal absorberar fukt över tiden, försvagningsstruktur
Lägre refraktoritet	Försämras över ~ 1250 ° C, Begränsande användning av hög templegering
Dålig fuktmotstånd	Risk för mjukning av skal i lagring av hög fuktighet
Alkalinitet	Kan korrodera hanteringsutrustning och irritera huden
Krympningsmatchning	Högre risk för skalsprickor under kylning

Jämfört med kiseldioxidbindemedel, som erbjuder överlägsen högtemperaturresistens och dimensionell stabilitet, Vattenglas har minskat tillförlitligheten för tätfogning, högpresterande legeringar som titan eller Superlegering.

Modifiertillsatser och förbättringar

För att förbättra prestandan och minska defekterna, Vattenglasbindemedel modifieras ofta med:

• pH -stabilisatorer: Borsyra, citronsyra (för att kontrollera gelningshastigheten)
• Härdningsmedel: Co₂ gasinjektion eller ammoniumklorid
• Organiska bindemedel: Små tillägg för att förbättra flexibiliteten
• Ytaktiva medel: Minska uppslamningsviskositeten och förbättra vätningen

De senaste framstegen har infört hybridbindemedel—Mixing av natriumsilikat med kolloidal kiseldioxid - för att balansera kostnader och skalprestanda.

Dessa hybrider förbättras Skal termisk chockmotstånd och gjutningskvalitet upp till 25%.

Standarder och kvalitetsmätningar

Vattenglasbindemedel måste övervakas för viktiga prestandametriker:

Egendom	Testmetod	Acceptabelt sortiment
Modul	Titrimetriska eller ICP-OES	2.4–3.0
pH	pH -mätare (25 ° C)	11.5–13.0
Viskositet	Brookfield Viscometer	0.5–1.5 Pa · s
Geltid (Co₂ -test)	Labgassig rigg	<30 sekunder
Torrbindningsstyrka	ASTM C1161	≥1,0 MPa (vid 25 ° C)

6. Skalmaterial och konstruktionstekniker

Vattenglasskal förlitar sig på kiseldioxidbaserade eldfasta:

• Premiärrockar: #100-#140 Mesh Fine Quartz (75–150 um) för detaljfångst
• Mellanrockar: #60-#80 nät (200–300 um) för styrka
• Backuprockar: #30-#50 Mesh (300–600 um) för styvhet

Gjuterier gäller vanligtvis 4–7 lager, balansering styrka (3–5 MPa och 500 ° C) mot permeabilitet (10–30 Darcy).

De upprätthåller torkrum vid 22–28 ° C, <50% Rod För att förhindra skalsprickor. Däremot, Kiseldioxid-solskal innehåller ofta zirkon- eller aluminiumoxidfyllmedel för att uppnå 6–8 MPa styrka på 800–1200 ° C.

7. Gjutmetaller och kompatibilitet

Vattenglas utmärker sig med järnlegeringar:

• Kolstål (till exempel. Aisi 1080): Hällde på 1500 ° C; Draghållfasthet ~ 450 MPa
• Stål med låglögt (till exempel. 4140): Hällde på 1550 ° C; drag ~ 650 MPa
• Duktil järn: Hällde på 1 350 ° C; töjning ~ 10–15%
• Manganstål: Hällde på 1450 ° C; Hårdhet ~ 250 HB

Dock, det stöder dåligt reaktiva eller lätta legeringar (Al, Mg, Av) På grund av bindemedelsalkalinitet och återstående fukt. Dessa kräver vakuum- eller inert-bindemedelssystem (kisel-sol eller aluminös skal).

8. Dimensionell noggrannhet och ytfinish

• Toleranser: ISO CT7 - CT9 (± 0,1–0,2% av nominell längd)- lämplig för funktioner ner till 2 mm tjocklek
• Ytråhet: RA 6–12 um; med ytterligare prime rockar, Delar kan nå ra ~ 4–6 um före bearbetning
• Jämförelse: Sandgjutning ger RA 25–50 um och CT11-CT14-toleranser; Kiseldioxid-Sol levererar RA 1,6–3,2 um och CT4-CT6-toleranser

En 100 mm stålfäste gjutet via vattenglas kräver vanligtvis 0.5–1,0 mm av bearbetningsbestånd för att uppnå RA < 1.6 um, kontra- 0.2 mm för kiseldioxid-solgjutningar.

9. Kvalitetskontroll och inspektionsprotokoll

Gjuterier implementerar rigorös QA:

• Skalinspektion: Mätare i ultraljudstjocklek, visuella sprickkontroller
• Dewaxverifiering: Restvax <0.5 wt%; skalhårdhet >3 MPA
• Gjutinspektion:

• • Radiografi (ASTM E446) för att upptäcka ≥1 mm porositet
  • Färgning (ASTM E165) För ytsprickor ≥50 um
  • Cmm Mått: Kritiska dimmar till ± 0,05 mm

Processdokumentation följer Iso 9001 och, i förekommande fall, AS9100 för flyg- och rymddelar, säkerställa full spårbarhet från uppslamning till slutlig värmebehandling.

10. Ekonomiska överväganden och kostnadsanalys

Faktor	Vattenglas	Kiselsol	Sandgjutning
Bindemedel	$0.20–0.40/l	$4–6/l	$0.10–0.20/l
Sandkostnad	$30–50/ton	$200–300/ton (zirkon)	$20–30/ton
Skalbyggnadstid	2–3 dagar	3–5 dagar	1–2 dagar
Typisk delkostnad (stål)	$50- $ 200	$150- $ 500	$30- $ 120
Netformbesparingsbesparingar	30–50%	60–80%	0–20%

11. Industrianvändning

Vattenglasgjutning kostymer medium- till storskaliga järnkomponenter, inklusive:

• Pump- och ventilkroppar: Komplexa inre geometrier, Ra < 12 um
• Jordbruksutrustning: Traktorhus, plöjningsenheter
• Tunga maskiner: Gruvspade, växellådor
• Off-road fordonskomponenter: Chassifästen, bromshus

12. Jämförande analys: Vattenglas vs. Andra metoder

När du väljer en gjutningsprocess, Ingenjörer måste väga noggrannhet, ytfin, materiell kompatibilitet, verktygsinvesteringar, och produktionsskala mot enhetskostnad.

Water Glass Investment Casting upptar en mellangrund - det erbjuder bättre precision och finish än sandgjutning, Ändå vid en bråkdel av kostnaden för kiseldioxidinvestering.

Likaledes, det rymmer järnlegeringar som gjutning inte kan. Tabellen nedan destillerar dessa avvägningar till viktiga mätvärden över fem vanliga metoder.

Nyckelavtagare:

• Vattenglas vs. Kiselsol: Vattenglas minskar bindemedlet och eldfasta kostnader med upp till 70%, När du levererar CT7-CT9-toleranser och RA 6–25 um ytbehandling.
  Däremot, Kiseldioxidsol når CT5-CT7 och RA 3–12 um men kräver högre kostnadskolloidal kiseldioxid och zirkonmjöl.
• Vattenglas vs. Sandgjutning: Vattenglas minskar noggrannheten till CT7-CT9 (kontra CT10-CT13) och förbättrar ytfinishen med 2–4 ×,
  Att göra det idealiskt när sandgjutningens grovhet och lösa toleranser inte kan uppfylla funktionella krav.
• Vattenglas vs. Gjutning: Även om gjutning uppnår de tätaste toleranserna (CT4-CT6) och smidigaste avslut (RA 1-5 um), Det begränsar legeringsvalet till icke-järnmetaller och medför mycket höga verktygskostnader, begränsar dess livskraft för järnkomponenter och lägre volymer.
• Vattenglas vs. Lost Foam Casting: Båda metoderna hanterar komplexa former, Men vattenglas ger bättre ytkvalitet (RA 6-25 um vs. 12–50 um) och starkare keramiska skal, Medan Lost Foam erbjuder enklare mögelinställning utan skalbyggnad.

13. Slutsats

Water Glass Investment Casting levererar en optimal balans av kosta, komplexitet, och precision för järnkomponenter.

Med Bindemedel kostar under $ 0,50/kg, toleranser till CT7, och ytan slutar ner till RA 6 um, det gör det möjligt för tillverkare att producera intrikat, Tungdelar på en bråkdel av specialiserade investeringskostnader.

Dessutom, robusta QA -protokoll i linje med Iso 9001 och ASTM -standarder Säkerställa konsekvent kvalitet för kritiska applikationer.

Ser framåt, framsteg automatiserad skalbyggnad, Optimerade silikatformuleringar, och hybridbindemedel Kan ytterligare förbättra metodens noggrannhet och miljöavtryck.

Ändå, När ingenjörer behöver en kostnadseffektiv, Pålitlig lösning för medelstora stål- och järngjutningar, Water Glass Investment Casting är fortfarande en tidtestad, industrispokt val.

Langel är det perfekta valet för dina tillverkningsbehov om du behöver högkvalitativ Water Glass Investment Casting Services.

Kontakta oss idag!