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Le casting métallique est un artisanat ancien qui occupe toujours une position importante dans l'industrie moderne. La coulée de plâtre est privilégiée en raison de ses avantages uniques. Les matériaux en plâtre sont indispensables dans la coulée des métaux, affectant la qualité de la moulure de coulée, de l'efficacité de la production et du contrôle des coûts. La technologie de coulée de plâtre est originaire de la civilisation mésopotamienne en 4000 avant JC. Il a été grandement développé après la révolution industrielle. Il est maintenant utilisé dans des champs de coulée de haute précision tels que la reproduction de l'art, la fabrication de bijoux et l'aérospatiale. Un système de processus complet a été formé, et la sélection de matériaux en plâtre est le lien central.
Cet article analysera de manière approfondie le divers types de matériaux en plâtre utilisés dans le casting métal Guide détaillé pour les professionnels de l'industrie et les amateurs d'artisanat en métal.

plâtre de coulée à haute température (également connu sous le nom de plâtre calciné ou de céramique à haute température) est un matériau en plâtre spécialement traité. Ses caractéristiques uniques se reflètent principalement dans les aspects suivants:

1. Processus de calcination de la température haute
La calcination à une température élevée d'environ 800 ° C à 1000 ° C déshydrate complètement le plâtre de dihydrate (caso₄ · 2h₂o) et le convertit en plâtre anhydrate (caso₄). Dans le même temps, la structure cristalline est plus stable et la résistance à la chaleur est considérablement améliorée.

2. résistance à haute température à haute température
Il peut résister à des températures élevées supérieures à 500 ° C (le plâtre ordinaire n'est qu'environ 100 ° C), adapté à des environnements à haute température tels que , pour éviter la fissuration ou la déformation du modèle.

3. taux d'expansion du cours et haute précision
Le coefficient de dilatation thermique du plâtre après un traitement à haute température est extrêmement faible, ce qui peut maintenir la stabilité dimensionnelle du moule, assurer le degré élevé de restauration des détails de la coulée, et convient à .

4. résistance à la résistance et à l'abrasion
La densification de la structure cristalline rend sa résistance à la compression et à la flexion nettement plus élevée que celle de plâtre ordinaire , et peut avec la force d'impact de l'usage en métal final et de la déchirure.

5. Porosité du lancement et faible absorption d'humidité
La calcination à haute température réduit la porosité interne, réduit l'absorption de l'eau et évite la perte de résistance due à l'absorption d'humidité ou aux défauts de porosité pendant la coulée métallique.

6.Fields de l'application
Il est principalement utilisé dans Casting d'investissement dans la fabrication de moisissures en aérospatiale, bijoux, art et autres champs, ainsi que dans la fabrication de moisissures en cérame haute température.

par rapport au plâtre ordinaire: le plâtre coulé ordinaire (plâtre semi-aqueux α / β) a une mauvaise résistance à la chaleur et une faible résistance, tandis que le plâtre à haute température réalise un saut qualitatif dans les performances grâce à une déshydratation approfondie et à une reconstruction cristalline.

En quoi les plâtres de coulée d'investissement diffèrent-ils des formules de coulée de sable?

La formule Différences entre le plâtre de coulée d'investissement et le plâtre de coulée de sable se reflètent principalement dans les charges réfractaires, les types de plâtre, les additifs et les indicateurs de performance. La comparaison spécifique est la suivante:

1.Formula Composition et différences de matériau

2. Comparisation des spécifications de performance clés

3.Analyse des différences de base

Refractaires:

• poudre de zircon (résistance à haute température, faible expansion) est utilisée dans la coulée d'investissement , tandis que le sable de quartz (faible coût mais facile à phase à haute température) est utilisé dans le casting de sable.
• Le sable de quartz subit une transition de phase de quartz β → α à 573 ° C, avec une augmentation soudaine de 1,4% de volume, conduisant au risque de fissuration des moisissures de sable.

Type de plâtre:

• Le plâtre d'investissement est modifié avec du phosphate pour améliorer la résistance à la chaleur (éviter la décomposition du plâtre à des températures élevées); Le plâtre de sable repose sur la force initiale du plâtre α-hémihydraté.

Scénarios d'application:

• Le plâtre d'investissement est utilisé pour les pièces de précision à parois minces (telles que les lames d'aviation et les bijoux), et le plâtre de sable convient à de grandes pièces à transformation grossières (telles que les pièces en fonte).

4. Exemples de recettes typiques

Investment Casting Plaster:

• poudre de zircon 45% phosphateplaster35% poudre de silice 15% d'acide borique 5%
  (Remarque: l'agitation du vide est nécessaire pour réduire les bulles d'air)

Sand Casting Plâtre :

• Sable de quartz 65% α-semi-hydrateplaster30% bentonite 5%
  (Remarque: La proportion d'eau ajoutée est généralement de 30 à 35%)

Pourquoi ajouter du carbure de silicium au plâtre de coulée en aluminium?

L'ajout de carbure de silicium (sic) au plâtre de coulée en aluminium est principalement basé sur ses propriétés physiques et chimiques à optimiser le processus de casting . Les raisons et les effets spécifiques sont les suivants:

1.Core Fonction: Améliorer la conductivité thermique

Comparaison de la conductivité thermique:

• La conductivité thermique du plâtre pur n'est que d'environ 0,5 p / m · k, tandis que après avoir ajouté 15 à 20% de carbure de silicium (200 maille), la conductivité thermique s'élève à 2,8 W / m · K (norme de test ASTM D5470).

Efficacité de solidification:

• La conductivité thermique élevée accélère le transfert de chaleur du liquide en aluminium. Le temps de solidification de coulage en alliage en aluminium S est raccourci de 22%

2.Cérisme de l'action clé

3. Technologie de contrôle de l'effet secondaire

Traitement antioxydation:

• Ajouter 0,5% d'acide borique (H₃bo₃) pour former un film de verre borosilicate à haute température, inhiber l'oxydation SIC (4SIC + 3O₂ → 2SIO₂ + 4C) et éviter les défauts de la bulle.

Contrôle du pH:

• Maintenir la valeur de pH du lisier à 9,5-10.2 (environnement alcalin) pour empêcher la réaction de corrosion acide entre le SIC et le gypse (Caso₄).

4. Données réelles de l'application

Taux de défaut de coulée:

• La porosité de surface est d'environ 5% lorsque le SIC n'est pas ajouté, et il tombe à 1,2% après l'ajout (car la vitesse de solidification est accélérée pour inhiber la rétention du gaz).

Finition de surface:

• SIC affine la microstructure en plâtre, et le La rugosité de surface de la coulée est améliorée de RA 6,3 μm à RA 3,2 μm .

5. Comparaison avec d'autres charges

SIC a le meilleur équilibre entre la conductivité thermique, la stabilité chimique et le coût, et est un idéal additif pour le plâtre en plâtre en aluminium .

Comment optimiser la perméabilité du moule en plâtre sans sacrifier la résistance?

Optimisation de la perméabilité de l'air sans sacrifier la résistance des moules en plâtre nécessite une synergie de modification des matériaux, de contrôle des processus et de conception structurelle. Voici comment cela fonctionne:

Optimisation des matériaux: contrôle la génération de porosité

(1) Ajout précis de l'agent moussant

• Sélection de l'agent de soufflage: le dodécyl sulfate de sodium (SDS) (0,3-0,5%) est utilisé, et sa structure moléculaire (C₁₂H₂₅SO₄NA) forme des microbulles uniformes (50-200 μm de diamètre) dans la suspension.
• Mécanisme d'action: SDS réduit la tension de surface du liquide, et les bulles sont réparties de manière stable dans la matrice de plâtrage, évitant la perte de résistance causée par une porosité locale excessive (lorsque la vitesse de bulle mesurée est <3%, la résistance ne diminue pas de manière significative).

(2) Composant des fibres renforcé

• Type de fibre: Ajouter 0,1 à 0,2% de fibre de verre (longueur 3 mm) ou de nanofibre de cellulose pour compenser la perte de résistance causée par la mousse par pontage des fibres.
• Comparaison des données: lorsqu'aucune fibre n'est ajoutée, la résistance diminue d'environ 15% après la mousse et le taux de rétention de résistance après addition> 95%.

2. Contrôle du processus: agitation et durcissement de l'aspirateur

(1) Paramètres d'agitation sous vide

• Vacuum: -0,08 MPa (pression absolue d'environ 0,02 MPa), dans cette condition, l'expansion de la bulle est contrôlable et une fusion excessive est évitée.
• Vitesse d'agitation: 300-400 tr / min (paddle agitator) pour s'assurer que l'agent de soufflage est uniformément dispersé mais ne dépassera pas et ne détruira pas la structure de bulles.

(2) Optimisation des conditions de durcissement

• Température de séchage: chauffage phasé (40 ° C → 60 ° C → 80 ° C) empêche la surface de durcir et d'étancher les pores trop rapidement.
• Contrôle de l'humidité: l'humidité relative est de 50 à 60%, ce qui ralentit le taux d'évaporation de l'eau et réduit les microfissures.

3. Conception structurelle: structure de trou gradué

• Porosité macroscopique: les canaux directionnels (taille des pores de 0,5 à 1 mm) sont introduits par l'impression 3D ou le brouillage de moisissure pour améliorer l'efficacité du chemin de perméation du gaz.
• Microporosité: les micropores (<200 μm) générés par l'agent de soufflage agissent comme des nœuds d'osmose auxiliaires pour former un réseau à travers.
• Amélioration de la respirabilité: la structure graduée améliore la perméabilité de l'air de plus de 50% (test ASTM C577) tout en maintenant une résistance à la compression de 12 MPa (norme EN 13245).

4. Données de vérification des performances

5. Points clés

• Risque d'agent moussant excessif: l'ajout de plus de 0,7% de SDS fera la fusion des bulles et la force de plus de 30%.
• Contrôle d'orientation des fibres: les fibres distribuées au hasard sont meilleures que la disposition directionnelle, ce qui peut provoquer une anisotropie de perméabilité.
• Équilibre économique: le coût global augmente d'environ 8 à 10%, mais la durée de vie de la moisissure est prolongée de 20% (en raison de l'amélioration de la perméabilité de l'air et de la réduction des fissures de contrainte thermique).

Pourquoi combiner du silicone avec du plâtre pour les géométries complexes?

Le but de combiner le silicone et le plâtre pour fabriquer des moisissures composites est de donner à Full jouer aux avantages complémentaires des deux matériaux et à réaliser le meilleur équilibre entre les formes géométriques complexes, les détails de la démonstration de Geometric. Voici les raisons spécifiques et les points techniques:

1.Solve les limites d'un seul matériau

2. Les avantages principaux des moules composites

(1) Capacité de réplication ultra-élevée

Paramètres de couche de silicone:

• L'épaisseur est de 2 mm (rivage une dureté 40), la fluidité est bonne et elle peut être remplie de textures de 50 μm (telles que des motifs de bijoux, des structures biomimétiques).
• Le taux de retrait de durcissement est <0,1% et la stabilité dimensionnelle est de ± 0,02 mm (dépassant de loin le ± 0,1 mm de gypse pur).

Cas:
Dans la coulée des pendentifs en or 18 carats, la texture de 50 μm (par exemple les détails de la plume) reproduite par le moule composite est complète à 95%, tandis que le moule en plâtre pur ne peut conserver que 30%.

(2) Conception de démonstration géométrique complexe

• Optimisation d'angle de projet: L'élasticité du silicone permet un angle de tirage minimum de 45 ° (60 ° ≥ pour un plâtre pur, adapté à la sous-cut, Technologie de libération: la pulvérisation d'un revêtement nano-libéré (par exemple, la solution modifiée par PTFE) réduit le coefficient de frottement à <0,1 et réduit la force de démonstration de 70%.

(3) Synergie entre la force et la flexibilité

• Distribution de la charge: La coque en plâtre est soumise à une pression de coulée à 90% (comme l'impact 10MPA de l'injection d'alliage en aluminium), et la cavité interne en silicone dissipe la contrainte locale pour éviter les fissures.
• Comparaison de la durée de vie: le moule composite peut être réutilisé plus de 50 fois (seulement 5 à 10 fois pour la moisissure en silicone pur et les bords fragiles pour le moule de gypse pur).

3. Scénarios d'application typiques

• Jewelry Casting:Complex patterns (e.g. Van Cleef & Arpels four-leaf clover textures) are replicated, and the silicone is elastically deformed when the wax pattern is removed with zero dommages.
• Dispositifs médicaux: la structure poreuse du coulé titanium aloy ongle osseux (diamètre du trou 100-200 μm), le gel silic est ne pas être modéré, et le gytsum Gypsum), le SILICA est une façon précité, et le gytsum Gypsum), le SILICA est un gel précision déformé.
• Sculpture d'art: détails incurvés (par exemple, cheveux, plis) de statues en résine / bronze sans résidu après la démoulue.

4. Traiter les paramètres de clé

5.Analyse économique

• Comparaison des coûts: le coût des moules composites est de 40% inférieur à celui des moules en silicone pur (économisant la quantité de silicone utilisée) et 20% plus élevé que celle des plâtres purs (mais le taux de ferraille est réduit de 15% à 3%).
• Amélioration de l'efficacité: le temps de démonstration est réduit à 5 secondes (1-2 minutes pour le plâtre pur avec un tarif mécanique).

Moule composite en silicone-plâtre à travers la conception de "rigidité et flexibilité":

• Le silicone réalise la reproduction de niveau micron et la démice de structures complexes;
• Plaste Rprovides Stabilité et économie à haute température.
  Cette combinaison convient particulièrement aux champs qui nécessitent une précision, une complexité géométrique et des coûts de production de masse (tels que les bijoux haut de gamme, les pièces d'ingénierie de précision), et est une mise à niveau révolutionnaire de moules à matériaux uniques traditionnels.
.

Résumé

dans Coulage métallique , Le choix du plâtre est directement lié à la précision, à la qualité de surface et à la vie de moule de la coulée. α-hemihydrateplaster est devenu le courant dominant en raison de sa forte résistance, de sa faible taux d'expansion et de sa stabilité thermique excellente, et la résistance à haute température (supérieure à 1600 ° C) peut être améliorée en ajoutant des charges réfractaires telles que la poudre de zircon et le carbure de silicium.

Pour Castings de haute précision (tels que les parties en alliage de titane aviation), les capabilités en silicone composite de phosphate sont nécessaires pour équilibrer les capabilités de reproduction détaillées. À l'avenir, avec l'intégration de la nano-modification et technologie d'impression 3D , les moules de moulage à base de plâtre évolueront vers une efficacité plus élevée et un coût plus faible, et continueront de promouvoir le développement de la fabrication de métaux de précision.

Avertissement

Le contenu de cette page est uniquement à des fins d'information. LS Série Aucune représentation ou garantie de toute nature, expresse ou implicite, ne sont faites de la précision, de l'exhaustivité ou de la validité de l'information. Il ne faut pas déduire que les paramètres de performance, les tolérances géométriques, les caractéristiques de conception spécifiques, la qualité du matériau et le type ou le travail que le fournisseur ou le fabricant tiers fournira via le réseau Longsheng. Ceci est la responsabilité de l'acheteur Demandez un devis pour les pièces pour déterminer les exigences spécifiques pour ces parties.

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FAQS

1. Quel est le meilleur plâtre?

Dans les applications industrielles, le plâtre α-hémihydraté (α-Caso₄ · 0,5H₂O) est reconnu comme le meilleur choix en raison de ses avantages de performance uniques. Ce plâtre fabriqué par autoclavage à haute pression, et les cristaux sont denses et courts en colonnes, ce qui rend sa résistance à la compression (25-40 MPa) beaucoup plus élevée que celle du plâtre β ordinaire (8-15MPA), et en même temps a un taux d'absorption d'eau plus faible (<5%) et une finition de surface plus fine (RA jusqu'à 1,6 μm). Dans le domaine de la coulée de précision, comme Le casting d'investissement des lames de turbine aérospatiale ou les bijoux , le plâtre α peut parfaitement reproduire des détails <0,1) et maintenir la stabilité dimensionnelle (coefficient de coefficient de l'expansion linéaire <0,1%) après pécherie (coefficient de coefficient de l'expansion linéaire <. températures. De plus, après avoir été modifié par le dopage de nano alumine ou d'agent de couplage de silane, sa résistance à l'usure et sa résistance à l'humidité peuvent être encore améliorées pour répondre aux besoins des conditions de travail extrêmes.

2. Le plâtre peut-il être utilisé sur le métal?

Le plâtre est non seulement utilisé pour le casting métallique, mais joue également un rôle clé dans l'industrie moderne . Prenant l'exemple de la coulée en alliage en aluminium, il est nécessaire d'utiliser un plâtre modifié au phosphate mélangé avec de la poudre de zircon (ZRSIO₄) (représentant 40 à 50%) pour rendre le réfractaire du moule dépassant 1600 ° C et éviter la pénétration de l'aluminium fondu. Pour les superalliages (par exemple, les superalliages à base de nickel), le carbure de silicium (SIC) (15-20%) est introduit pour améliorer la conductivité thermique, combinée à un processus de frittage protégé à l'azote (teneur en oxygène <500 ppm) pour prévenir la fissuration des moisissures. Les dernières recherches montrent que les composites en plâtre d'impression 3D (par exemple, les résines phénoliques en plâtre) peuvent fabriquer directement des moules de coulée de turbine avec des canaux de refroidissement, raccourcissant le cycle de fabrication de moisissures traditionnel de 6 semaines à 72 heures et perturbant le processus traditionnel de moulage métallique.

3. Qu'est-ce qui est utilisé pour la coulée métallique?

Le champ de la coulée métallique s'appuie principalement sur des plasters en génie spéciaux : (1) Investissement Coulage: l'utilisation de Silica Sol-PlasterCosite Materials (Zircon Powder 45% α Plast 35%), via le vide (Tate de poudre de zircon 45% α Plaster 35%), Bubuffle (Tate Zircon Powner 45% <1%) pour atteindre la précision de surface RA 0,8 μm, qui est généralement utilisée dans les lames monocristallines en moteur aérodynamique. (2) coulée de sable: plâtre renforcé de sable de sable de quartz (70% de plâtre Sio₂ 25% α), ajoutant de la bentonite (5%) pour améliorer la perméabilité de l'air, utilisé pour les grosses moulages de fer (comme les bases de machines-outils), résistance à la compression ≥ 15MPA (EN 13245 Standard). (3) Assistance à la mise en casse: Dans le casting en alliage en alliage en aluminium, le plâtre modifié nano-graphite (conductivité thermique 3,5 W / m · k) est utilisée comme moule de transition, qui peut résister à l'impact de 800 ° C en aluminium fondu et réduire la quantité d'agent de libération de 60%.

4. À quoi sert le plâtre?

L'utilisation du plâtre s'étend sur un certain nombre de champs de haute technologie: (1) Casting industriel: En tant que matériau de base de la coulée d'investissement, il produit des composants de précision tels que les lames de turbine et les articulations artificielles, et 70% des moulages en alliage de titane du monde reposent sur le processus de plâtre. (2) Technologie de construction: le plâtre auto-nivelant (éther de cellulose de plâtre β) est utilisé pour le nivellement du chauffage au sol, avec une conductivité thermique de 0,2 W / m · k, ce qui est 30% plus économique que les matériaux à base de ciment. (3) La biomédecine: le plâtre semi-hydraté α (grade médical) est utilisé pour la fixation orthopédique, et sa structure microporeuse (taille des pores 50-100 μm) favorise la croissance des cellules osseuses, et le cycle de dégradation est en étape avec la guérison osseuse. (4) Reproduction du TAR: Grâce à la technologie de moisissure en plâtre d'impression de balayage numérique-3D, les détails des reliques culturelles (comme l'ornementation en bronze) peuvent être reproduits 1: 1 avec une précision de ± 0,01 mm. À l'heure actuelle, matériaux fonctionnels basés sur le plâtre (comme le plâtre de stockage d'énergie à changement de phase) favorisent leur application dans le domaine de la nouvelle énergie.