Bending strength and fracture surface topography of natural fiber-reinforced shell for investment casting process

In order to improve the properties of silica sol shell for investment casting process, various contents of cattail fibers were added into the slurry to prepare a fiber-reinforced shell in the present study. The bending strength of fiber-reinforced shell was investigated and the fracture surfaces of shell specimens were observed using SEM. It is found that the bending strength increases with the increase of fiber content, and the bending strength of a green shell with 1.0 wt.% fiber addition increases by 44% compared to the fiber-free shell. The failure of specimens of the fiber-reinforced green shell results from fiber rupture and debonding between the interface of fibers and adhesive under the bending load. The micro-crack propagation in the matrix is inhibited by the micro-holes for ablation of f ibers in specimens of the f iber-reinforced shell during the stage of being fired. As a result, the bending strength of specimens of the fired shell had no significant drop. Particularly, the bending strength of specimens of the fired shell reinforced with 0.6wt.% fiber reached the maximum value of 4.6 MPa.

熔模铸造硅溶胶型壳清理问题分析

航空用硅溶胶熔模精铸件因多腔体结构、形状复杂等因素影响,型壳清理难度较大,甚至因型壳清除不净、型壳卷入铸件等问题导致产品报废。通过分析面层锆英石粉、锆英石砂的成分,焙烧前、焙烧后及浇注后型壳面层、过渡层、背层的显微结构和型壳强度变化,得出型壳残余强度高或者型壳面层被高温铝液剥蚀是根本原因,采取优化锆英石粉粒度、级配及制壳工艺等措施改善了型壳清理效果,为解决熔模精铸件清理困难提供参考。

316 L不锈钢纤维改性精铸型壳的强度及高温抗变形能力

为了提高硅溶胶型壳的抗弯强度以及高温抗变形能力,直径为10μm的316 L不锈钢纤维被用于对硅溶胶型壳进行改性,对型壳试样的抗弯强度、高温自重变形及高温荷重变形等性能进行了测试。采用SEM对型壳的断口形貌进行观察,用XRD对不同温度下型壳的相组成进行分析,结果表明,型壳抗弯强度均随钢纤维加入量的增多呈先上升后降低的趋势,当纤维加入量为0.10%时,型壳的抗弯强度达到最大值。此时型壳试样的常温抗弯强度、焙烧后抗弯强度及高温(1 200℃)抗弯强度分别达到3.36、7.82、12.06 MPa;高温自重及荷重变形量降至最低,型壳试样的高温自重变形率为0.51%,高温荷重变形量为2.52 mm。通过对断口形貌分析,316 L不锈钢纤维主要依靠自身变形和纤维与基体之间的脱粘拔出抵抗型壳的断裂载荷,进而增加型壳的抗弯强度。

复合纤维含量对精铸硅溶胶型壳强度及透气性的影响

采用陶瓷和尼龙复合纤维增强熔模精铸硅溶胶型壳,通过测试与分析复合纤维增强硅溶胶型壳的常温及焙烧后强度和透气性,研究复合纤维含量对硅溶胶型壳强度和透气性的影响规律,确定复合纤维含量与焙烧温度和型壳强度的关系,并通过SEM对型壳试样断口形貌进行观察和分析。结果表明:复合纤维对硅溶胶型壳强度和透气性的影响显著,当复合纤维含量小于0.6%(质量分数)时,硅溶胶型壳强度和透气性同时增大;当复合纤维含量大于0.6%时,型壳常温及焙烧后强度开始减小,焙烧后基体中孔隙率增加,型壳透气性继续增大;当复合纤维含量为0.6%、焙烧温度为1050℃时,型壳焙烧后强度达到最大值。

熔模铸造用型壳材料的优选

采用选择性激光烧结技术（Selective laser sintering,SLS）,以PS（聚苯乙烯）粉为熔模材料,制备了环套环特征件的熔模。对两种成分不同的陶瓷型壳浆料的流变性、陶瓷型壳的显微组织和高温强度进行了测试分析,研究了针状石油焦结构对型壳性能的影响,最终选择性能更优的型壳制得特征件。特征件铸件精度达到CT4级,废品率降低为原来的30%,同时大幅缩短了新产品的试制研发周期。

短切硅酸铝纤维增强硅溶胶型壳的抗弯强度及高温自重变形

为了提高熔模铸造硅溶胶型壳的性能,向涂料中添加硅酸铝纤维制备纤维增强熔模铸造型壳试样。对不同纤维加入量条件下所获得的纤维增强型壳试样的常温及焙烧后抗弯强度、高温自重变形量的变化规律进行研究,并利用SEM观察型壳试样断口形貌。结果表明：随硅酸铝纤维加入量从0.2%~1.0%（质量分数,下同）变化,其常温抗弯强度显著增大,高温自重变形量减小;纤维加入量为1.0%时,试样的常温抗弯强度较未增强的试样提高了47%,而高温自重变形减少约50%。采用0.2%~1.0%的硅酸铝纤维增强后,复合型壳焙烧后强度至少提高39%。断口SEM形貌观察分析结果表明,纤维增强硅溶胶型壳试样受力破坏失效主要由于硅溶胶凝胶膜的断裂、硅酸铝纤维拔出、断裂及脱粘等综合作用所致。

纤维增强熔模铸造复合型壳的性能及断口形貌

为提高熔模铸造硅溶胶型壳的强度性能,采用天然植物/硅酸铝双纤维来增强熔模铸造型壳.将质量比为1∶1天然植物/硅酸铝双纤维加入到制壳用涂料中来制备型壳试样,对不同纤维加入量条件下所获得的纤维增强型壳试样的常温强度、不同温度焙烧后的抗弯强度及高温自重变形量的变化规律进行了研究,并利用SEM观察型壳试样断口形貌.结果表明,当纤维加入量从0.2%逐渐增加到1.0%时,其常温抗弯强度先增加后减小;纤维加入量为0.6%时其常温抗弯强度值达到2.94 MPa.高温自重变形量则先减小后增大.加入0.6%纤维的增强型壳试样经900℃焙烧后,其抗弯强度达4.04MPa,与未采用纤维增强的型壳试样的抗弯强度接近.断口形貌观察结果表明,纤维增强硅溶胶型壳试样受力破坏失效主要由于硅溶胶凝胶膜的断裂、硅酸铝纤维拔出、断裂及脱粘等综合作用所致.

真空干燥对熔模铸造用硅溶胶型壳强度的影响

硅溶胶是熔模铸造中常用的型壳粘结剂之一,但硅溶胶型壳制备过程中存在的突出问题是干燥慢,制壳周期长。本文采用真空干燥工艺对硅溶胶型壳进行干燥,探索了不同真空度及保压时间下型壳强度的变化规律。研究发现:与自然干燥相比,采用真空干燥工艺下的型壳能在较短时间内达到较高的强度。真空度为-0.07 MPa,保压20 min时型壳抗拉强度可达0.85 MPa。而自然干燥相同时间,型壳抗拉强度仅为0.38 MPa。若只考虑湿强度,真空干燥工艺可用于硅溶胶型壳的硬化,且选用真空度-0.07 MPa,保压30 min左右较为适宜。

硅溶胶-煤矸石型壳高温性能及机理分析

采用高温抗折仪、高温卧式膨胀仪、扫描电镜、X线荧光仪和X线衍射仪等研究高温下型壳强度、热膨胀性能的变化规律和高温断口的形貌特征。研究结果表明:在950～1 150℃时,型壳强度基本稳定,线膨胀率缓慢下降;在1 150～1 350℃时,型壳强度随温度升高而增加,线膨胀率在1 200℃附近基本不变,随后迅速减小;在1 350～1 450℃时,型壳高温强度迅速减小,残留强度显著增加,线膨胀率直线下降。不同温度条件下,型壳材料物相成分相同,但相对含量存在差异。在1 350℃附近,型壳迅速软化变形,可见硅溶胶煤矸石型壳不适宜长时间处于1 350℃以上高温环境。原材料中的碱性元素在高温下生成低共熔点玻璃相,降低型壳软化温度,应严格控制氧化物杂质的含量。

精铸水玻璃型壳硬化的几个问题

讨论精铸水玻璃型壳硬化工艺的几个问题，包括型壳中Ｎａ２Ｏ含量、型壳表面质量、湿强度。

精铸型壳高温弯曲破碎强度测定仪的研制

介绍了一种新型精铸型壳高温弯曲强度测定仪的结构、工作原理和操作方法。在试验用加热炉内近似地模拟了型壳浇铸后的高温应力状态,在加热炉侧壁上开出测量孔,测定仪位于加热炉外,测量杆穿过测量孔,对准加热炉内高温胎具里的圆形试样中心进行加载,将载荷信号通过测力传感器和A/D转换装置输入计算机进行处理,计算机输出相应的载荷曲线和实验温度值。高温胎具由G2高纯石墨材料制成,以胎具上的环形槽将试样精确定位,可以保证胎具在高温下的强度和硬度,减小测量误差。在测量杆和传感器之间采取隔热措施,消除了温度对测量精度的影响。本测定仪可以测量室温至1350℃范围内型壳试样的抗弯强度,相对误差不大于1‰

不同硬化剂的硬化特性与型壳强度分析

系统地测定和分析了由硬化剂ＮＨ４Ｃｌ、Ａｌｃｌ３和ＭｇＣｌ２所硬化的型壳的常温、高温和残留强度，并对其强度上的差异提出一些新的见解．

两种高岭土的相组成及其对型壳抗弯强度的影响

高岭土是精密铸造型壳用耐火材料,本文研究了煤系（1^#）和非煤系（2^#）两种高岭土的物相组成及其对型壳抗弯强度的影响。利用XRD和DSC分析了两种高岭粘土粉末的相组成和热力学特性,利用三点抗弯法测试了型壳的常温、高温和溃散强度,并利用XRD和SEM对测试后的型壳进行了微观结构和断口形貌分析。结果表明,两种高岭土型壳均含有莫来石及方石英相,而2^#高岭土型壳中还含有石英相;尽管常温强度相近,但2^#高岭土型壳的高温强度和溃散强度更高。

焙烧温度及保温时间对硅酸铝纤维复合硅溶胶型壳强度的影响

通过改变熔模铸造用硅酸铝纤维复合型壳的焙烧温度和保温时间等焙烧工艺,研究其抗弯强度的变化规律。利用SEM对弯曲断裂型壳试样的断口形貌进行观察。实验结果表明,纤维增强型壳的焙烧后抗弯强度提高,在焙烧温度为925℃时达到最大,为3.8 MPa。焙烧温度为950℃时,焙烧后强度随保温时间延长而增大,保温时间为120 min时最大,随后有所降低。断口SEM观察表明,硅酸铝纤维主要依靠其变形和断裂分担载荷。

熔模铸造型壳强度与硬化工艺改进

通过对型壳强度性能的要求与不同硬化剂的分析，在粘结剂和耐火材料不变的情况下，应用氯化铵与结晶氯化铝混合硬化工艺，取得较好的经济效果。

α淀粉对型壳强度的影响

提高硅溶胶型壳的强度,减薄型壳厚度,对于简化熔模铸造制壳工艺及降低成本具有重大的现实意义。针对型壳强度的影响因素,本实验通过添加有机粘结剂来改善型壳强度。试验结果表明:添加有机低温粘结剂能够加快硅溶胶型壳的干燥速度,改善硅溶胶型壳的干强度和烧结强度。其中α淀粉对型壳强度的提高影响最大,加入量为2%最为合适,干强度和烧结强度分别是未改性前的2倍、4.67倍。

熔模精铸型壳强化技术研究与应用

介绍了一种新型的型壳强化技术,系统研究了强化剂的配比和工艺控制方案,解决了水玻璃型壳高温强度低的难题,实现型壳减层工艺的大批量生产应用。结果表明,通过强化剂的应用,撒石英砂的水玻璃型壳高温强度达到了11 MPa,达到了全硅溶胶的水平。

精铸球墨铸铁件的生产与质量控制

对熔模精密铸造高韧度球墨铸铁小件的生产 ,从工艺分析到生产过程的控制进行阐述。分析了精铸球铁的主要缺陷及其防止方法。

铝合金小件熔模铸造易清理型壳的试验研究

在制备用于黑色金属熔模铸造型壳的硅酸乙酯——煤矸石粉涂料中,加入等量的石膏和滑石粉,试验其对型壳强度和工艺性能(流杯粘度、比重、悬浮稳定性)的影响。试验和使用结果表明,和单一的煤矸石粉比较,当涂料中煤矸石、石膏、滑石粉之比为0.50:0.25:0.25时,型壳残留强度可下降到原来的1/2～1/3,低于1.4 MPa;同时,型壳的高温强度和常温强度也显著降低;对涂料工艺性能没有明显影响,涂料使用寿命可满足制壳周期的要求。无论硅酸乙酯水解液中含18％SiO_2还是含12％SiO_2,均可使型壳脱蜡不胀裂、焙烧不开裂、浇注不跑火,型壳强度完全满足重量小于2kg(壁厚小于3mm)的薄壁铝合金熔模铸件的要求。

聚丙烯纤维的加入量对精铸型壳性能的影响

熔模精密铸造型壳制备过程中,使用硅溶胶作粘结剂,在背层涂料中掺混φ40um聚丙烯纤维。选取不同长度的聚丙烯纤维,通过改变纤维掺混比,来探索纤维长度和掺混比对型壳湿强度的影响规律。试验结果表明:背层涂料中添加聚丙烯纤维可以提高复合型壳湿强度。掺混纤维后复合型壳湿强度明显比普通型壳湿强度大,纤维长度为5mm,掺混比为1.6%时,复合型壳湿强度效果最为明显为3.60MPa,与普通型壳相比,约提高了32%。