CN103196755A

CN103196755A - 一种测定熔模铸造型壳间结合强度的方法

Info

Publication number: CN103196755A
Application number: CN2013101053020A
Authority: CN
Inventors: 郭馨; 吕志刚
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2033-03-28
Also published as: CN103196755B

Abstract

一种测定熔模铸造型壳间结合强度的方法，步骤为：1）在蜡模凹槽中逐层制备多层型壳I，打磨掉凹槽上部没有被型壳I填充的部分，使凹槽深度与型壳平均厚度相同；2）拼接蜡模，组成型壳I与蜡板作为底面的带凹槽蜡模III，在凹槽中逐层制备多层型壳II；3）将脱蜡或焙烧后得到的阶梯状型壳装卡于万能试验机的模具中，利用填充物、挡板和上下模与万能试验机的配合实现型壳的定位，测定层间结合强度；4）用临界载荷F和剪切面积A计算剪切强度τ：τ=F/A；本发明可精确定位型壳的层间结合面，直接测定层间结合强度，型壳制备与实际情况一致，可靠性强，操作简单，解决了熔模铸造型壳层间结合力评价困难的问题。

Description

一种测定熔模铸造型壳间结合强度的方法

技术领域

本发明涉及熔模铸造型壳技术领域，具体涉及一种测定熔模铸造型壳间结合强度的方法。

背景技术

熔模铸造中，型壳是金属液体成型的型腔，其质量将对铸件产生重要影响。由于型壳是分层制备的，两层间的结合情况受众多因素影响，任何工艺过程的不稳定都可能导致两层的分离与破碎剥落，造成熔模铸件的主要缺陷之一——夹杂。尤其，型壳的不同层一般是由不同的材料或同种材料不同浆料粘度、撒砂粒度组成的，层间结合情况很复杂。

目前还没有熔模铸造型壳层间结合力测定的相关报告，常用的结合力检测手段不适用于型壳层间结合强度的测定。型壳的层间结合力很大，超过一般的胶粘强度，而型壳本身强度，尤其是常温强度并不高，无法承受局部夹紧的作用力，因此它无法使用胶粘或装卡拉断的方法。型壳是在蜡模上制备得到的，挂浆和撒砂过程具有一定的随机性，试样厚度存在差异，而层间结合面又是遍布着撒砂颗粒的粗糙面，使型壳层间结合面的定位十分困难。型壳层间结合强度与制备工艺过程密切相关，只有在实际工艺条件下制备出的型壳才能表征型壳的层间结合情况，为结合强度的测定增加了难度。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种测定熔模铸造型壳间结合强度的方法，具有测定结果可靠性高且操作简单的特点。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种测定熔模铸造型壳间结合强度的方法，通过型壳结合面间的剪切强度评价型壳层间结合情况，包括如下步骤：

步骤1：型壳的制备，具体包括如下步骤：

1）：在带有凹槽2的蜡模I1的凹槽I2中逐层制备型壳I3，制备多层使型壳I3的总厚度大于2mm，然后打磨掉凹槽上部没有被型壳I3填充的部分，形成打磨后的蜡模I4，使打磨后的蜡模I4的凹槽深度与型壳I3平均厚度相同；

2）：将宽度与打磨后的蜡模I4相同、带有凹槽II6、底部一侧无蜡模且无蜡模处的面积和打磨后的蜡模I4的上表面积相同的蜡模II5与打磨后的蜡模I4拼接，将打磨后的蜡模I4置于蜡模II5底部无蜡模处，组成新的凹槽蜡模III7，然后在凹槽蜡模III7的凹槽II6中逐层制备型壳II8，制备多层使其厚度大于4mm；

3）：将上述制备好型壳I3和型壳II8的蜡模进行脱蜡，得到型壳I3和型壳II8相连的阶梯状型壳9，用于常温结合强度的测定；或继续将阶梯状型壳9进行焙烧并冷却至室温，用于残留结合强度的测定；

步骤2：测定并计算型壳间的剪切强度，具体包括如下步骤：

1）：测量型壳I3和型壳II8接触面的长和宽，并计算接触面即剪切区面积A；

2）：将上部为U形槽的下模10的底部固定于万能试验机的下平台11，然后将阶梯状型壳9置于下模10上方，使型壳I3和型壳II8的接触面和下模10U形槽的中心上下平齐，型壳I3置于底部，在型壳II8一边的下模10U形槽内填充满填充物12，在下模10的凹槽中***挡板13，然后将带有剪切头的上模14装入万能试验机移动卡槽15内，使剪切头刀刃与型壳平行且置于型壳I3和型壳II8的接触面间，打开万能试验机，使剪切头刀刃切开型壳I3和型壳II8，同时通过测力计读取临界载荷F；

3）：用临界载荷F和剪切区面积A计算剪切强度τ：τ=F/A，测量多个试片，除去偏差较大的数据，平均得到的型壳I（3）和型壳II（8）常温结合强度或残留结合强度。

所述上模14的剪切头刀刃厚度为1mm，剪切头的移动速度为0.5～5mm/min。

本发明的优点如下：

1）采用本发明可以直接测得熔模铸造型壳的层间结合强度。阶梯状试样保证了测试中对结合面的准确定位，拼接的蜡板使型壳与剪切头能够完全贴合，保证压力垂直作用于结合面；

2）型壳试样的制备与实际型壳的工艺过程，包括层间的浸润条件完全一致，可在工厂、实验室等完成，真实反应了熔模铸造型壳的层间结合情况；

3）本发明利用填充物、挡板和上下模与万能试验机的配合实现型壳的定位，降低了对型壳强度的要求；

4）本发明模具可装载于万能试验机，试验方法简单，适用于不同材料、不同厚度的型壳，对熔模铸造用各种撒砂粒度均具有良好的包容性（撒砂粒度粗的型壳粗糙度大），可以实现各种型壳的层间结合强度评价。

附图说明

图1为本发明型壳的制备流程示意图。

图2为本发明利用万能试验机测定熔模铸造型壳的层间剪切强度的装配示意图。

图3为上模结构示意图。

图4为下模结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。

以测定钛合金熔模铸造常用型壳氧化钇面层与铝矾土过渡层的层间结合强度为例。

如图1所示，在带有20mm*10mm凹槽2的蜡模I1的凹槽I2中逐层制备氧化钇面层型壳I3，浆料的粘度、撒砂粒度与实际生产情况一致，干燥温度20℃，干燥时间24h。制备三层后，型壳I3的总厚度约为2.5mm，打磨掉凹槽上部没有被型壳I3填充的部分，形成打磨后的带有氧化钇型壳的蜡模I4，使打磨后的带有氧化钇型壳的蜡模I4的凹槽深度与型壳I3平均厚度相同。打磨的时候要注意避免蜡料混入氧化钇型壳。

然后将宽度与打磨后带有氧化钇型壳的蜡模I4相同、带有20mm*40mm凹槽II6、底部一侧无蜡模且无蜡模处的面积和打磨后带有氧化钇型壳的蜡模I4的上表面积相同的蜡模II5与打磨后带有氧化钇型壳的蜡模I4拼接，将打磨后带有氧化钇型壳的蜡模I4置于蜡模II5底部无蜡模处，组成新的凹槽蜡模III7，拼接时注意避免蜡料渗入氧化钇型壳。待第三层氧化钇型壳的干燥时间达到24h时，然后在凹槽蜡模III7的凹槽II6中逐层制备铝矾土型壳II8。浆料的粘度、撒砂粒度与实际生产情况一致，干燥温度20℃，干燥时间24h。制备四层后，其厚度约为4mm，为增加型壳的平整度，便于装卡，最后做了封浆处理。

最后将制备好氧化钇面层型壳I3和铝矾土型壳II8的蜡模进行脱蜡，得到型壳I3和型壳II8相连的阶梯状型壳9，用于常温结合强度的测定；或继续将阶梯状型壳9进行焙烧并冷却至室温，用于残留结合强度的测定，这样型壳的制备完成。

利用游标卡尺测量型壳I3和型壳II8接触面的长和宽，并计算接触面即剪切区面积A。

如图2所示，将上部为U形槽的下模10的底部固定于万能试验机的下平台11，然后将阶梯状型壳9置于下模10上方，使型壳I3和型壳II8的接触面和下模10U形槽的中心上下平齐，型壳I3置于底部，在型壳II8一边的下模10U形槽内填充满填充物12，本实施例的填充物为蜡片及蜡条，在下模10的凹槽中***挡板13，然后将带有剪切头的上模14装入万能试验机移动卡槽15内，使剪切头刀刃与型壳平行且置于型壳I3和型壳II8的接触面间，打开万能试验机，使剪切头刀刃切开型壳I3和型壳II8，本实施例设定剪切头移动速度为2mm/min，同时通过测力计读取临界载荷F；

利用τ=F/A计算型壳的层间剪切强度。测量多个试片，除去偏差较大的数据，平均得到该型壳试样氧化钇层与铝矾土层的常温结合强度或残留结合强度。

如图3所示，为本发明上模结构示意图，上模14的下端带有剪切头，优选剪切头的厚度为1mm。

如图4所示，为本发明下模结构示意图，下模10的上部为U形槽，下部为便于和万能试验机的下平台固定的凸台，U形槽外部设有便于挡板***的凹槽。

Claims

1.一种测定熔模铸造型壳间结合强度的方法，其特征在于：通过型壳结合面间的剪切强度评价型壳层间结合情况，包括如下步骤：

步骤1：型壳的制备，具体包括如下步骤：

1）：在带有凹槽（2）的蜡模I（1）的凹槽I（2）中逐层制备型壳I（3），制备多层使型壳I（3）的总厚度大于2mm，然后打磨掉凹槽上部没有被型壳I（3）填充的部分，形成打磨后的蜡模I（4），使打磨后的蜡模I（4）的凹槽深度与型壳I（3）平均厚度相同；

2）：将宽度与打磨后的蜡模I（4）相同、带有凹槽II（6）、底部一侧无蜡模且无蜡模处的面积和打磨后的蜡模I（4）的上表面积相同的蜡模II（5）与打磨后的蜡模I（4）拼接，将打磨后的蜡模I（4）置于蜡模II（5）底部无蜡模处，组成新的凹槽蜡模III（7），然后在凹槽蜡模III（7）的凹槽II（6）中逐层制备型壳II（8），制备多层使其厚度大于4mm；

3）：将上述制备好型壳I（3）和型壳II（8）的蜡模进行脱蜡，得到型壳I（3）和型壳II（8）相连的阶梯状型壳（9），用于常温结合强度的测定；或继续将阶梯状型壳（9）进行焙烧，用于残留结合强度的测定；

步骤2：测定并计算型壳间的剪切强度，具体包括如下步骤：

1）：测量型壳I（3）和型壳II（8）接触面的长和宽，并计算接触面即剪切区面积A；

2）：将上部为U形槽的下模（10）的底部固定于万能试验机的下平台（11），然后将阶梯状型壳（9）置于下模（10）上方，使型壳I（3）和型壳II（8）的接触面和下模（10）U形槽的中心上下平齐，型壳I（3）置于底部，在型壳II（8）一边的下模（10）U形槽内填充满填充物（12），在下模（10）的凹槽中***挡板（13），然后将带有剪切头的上模（14）装入万能试验机移动卡槽（15）内，使剪切头刀刃与型壳平行且置于型壳I（3）和型壳II（8）的接触面间，打开万能试验机，使剪切头刀刃切开型壳I（3）和型壳II（8），同时通过测力计读取临界载荷F；

2.根据权利要求1所述的一种测定熔模铸造型壳间结合强度的方法，其特征在于：所述上模（14）的剪切头刀刃厚度为1mm，剪切头的移动速度为0.5～5mm/min。