一种残留强度低的石膏型壳及其制备方法
技术领域
本文涉及无机非金属材料领域，尤指一种残留强度低的石膏型壳及其制备方法。
背景技术
石膏型精密铸造工艺是有色金属成形的主要工艺，是目前生产中使用最为广泛的一种工艺。决定铸件质量的最主要因素是石膏型壳的强度。其中，残留强度是浇入合金液铸件凝固后型壳所拥有的强度。针对浇注后的清壳劳动强度大、清理不完善等缺点，适当降低型壳的残余强度，对加快清理速度，提高生产效率及经济效益都具有重要意义。然而，目前国内外研究学者更多的是关注如何提高石膏型壳在常温下的湿强度和烘干、焙烧后的高温强度，对于降低型壳的残留强度，改善焙烧后的力学性能鲜有研究。
发明内容
本申请提供了一种残留强度低的石膏型壳及其制备方法，该石膏型壳的残留强度较低，容易清理，生产效率较高。
本申请提供了一种残留强度低的石膏型壳，所述石膏型壳中含有明胶。
在本申请的实施例中，所述石膏型壳的制备原料可以包括：石膏粉、填料、明胶和水。
在本申请的实施例中，以所述石膏粉与所述填料的总添加量为100重量份计，所述石膏粉的添加量可以为20-40重量份，所述填料的添加量可以为60-80重量份，所述水的添加量可以为40-50重量份，所述明胶的添加量可以为2.7-4.5重量份。
在本申请的实施例中，所述填料可以选自莫来石、锆英石和硅砂中的任意一种或多种。
本申请还提供了如上所述的残留强度低的石膏型壳的制备方法，所述方法包括：
将石膏粉和填料混合均匀;
将水加热后向其中加入明胶，混合均匀，得到透明溶液;
将石膏粉和填料的混合粉料加入所述透明溶液中，得到料浆;
将所述料浆浇入模具内;
待模具内的料浆硬化后将模具拆除，室温下静置，得到湿的石膏型壳;
将所述湿的石膏型壳进行自然干燥和焙烧，得到所述残留强度低的石膏型壳。
在本申请的实施例中，可以将所述水加热至60-70℃。
在本申请的实施例中，所述焙烧的温度可以为400-700℃，时间可以为1-6h。
本申请通过在石膏型壳中添加明胶，在保证石膏型壳的常温湿强度和高温强度不变或降低程度较小的前提下，大幅度降低了石膏型壳的残留强度，使得本申请的石膏型壳具有合适的常温湿强度，能够保证石膏型壳在搬运过程中不产生裂纹，不影响它的运输;同时，较低的残留强度为铸件的清理提供了便利，大大提高生产速度和经济效益。此外，本申请首次提出以残留强度作为评价石膏型壳性能的指标，为石膏型壳的发展提供了全新思路，不再局限于型壳的常温湿强度和高温强度。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所描述的方案来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为本申请实施例和对比例制备的湿的石膏型壳的常温湿强度测试结果;
图2为本申请实施例和对比例制备的湿的石膏型壳的残留强度测试结果。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
以下实施例和对比例中采用的原料均为普通市售产品，其中莫来石粉的粒径为200目。
实施例1-6和对比例1
(1)按照表1称量各原料：
表1
(2)将称好的石膏粉和莫来石粉放到干净的容器内充分搅拌，使其混合均匀(混合均匀后无明显色差，颜色一致);
(3)将称好的蒸馏水加热至65℃，然后将称好的明胶加入该热的蒸馏水中进行溶解，待明胶溶解并混合均匀后得到透明溶液，贮存备用。
(4)将步骤(2)得到的石膏粉和莫来石粉的混合粉料加入到步骤(3)得到的透明溶液中，并以250r/min的速度搅拌2min，使混合料浆搅拌均匀至无沉淀;
(5)步骤(4)得到的料浆浇入模具内，使料浆充满模具的内腔，并且在浇入过程中，要先从模具内的最低处(即底板上表面)落下料浆，先以细股流并缓慢浇注后再快速大股流浇注，以防止先浇快了而把空气卷入料浆内，造成石膏型壳中气孔增多，影响性能测试的准确性，一边浇注，一边轻轻敲打母模外壁，使料浆中卷入的气体逸出;
(6)刮平模具上表面，让料浆硬化1h后将模具拆除，在室温状态下静置24h后，得到湿的石膏型壳;
(7)将湿的石膏型壳放入XD-1400S型高温箱式电阻炉内(相邻石膏型壳之间应保持5-10mm的距离，距离电阻炉的加热元件或炉门的距离为40-50mm)，将电阻炉以4℃/min的升温速率升温至700℃，然后保温1h以对石膏型壳进行焙烧，然后停止升温使石膏型壳随炉冷却至室温，得到所述残留强度低的石膏型壳。
性能测试
按照《熔模铸造型壳性能测试方法》(HB 5352.1-2004)规定的测试方法，采用三点弯曲法对实施例1-6和对比例1的步骤(6)得到的湿的石膏型壳进行常温湿强度的测试，其中明胶的加入量用明胶的质量相对于石膏粉和填料的总质量的百分含量表示。测试结果如图1所示。
从图1可以看出，当明胶的添加量在石膏粉与填料的总添加量的0-3.6%范围内时，石膏型壳的常温湿强度随着明胶的添加量的增加基本呈降低的趋势，但降低的幅度不大;当明胶的添加量在石膏粉与填料的总添加量的3.6%-5.4%范围内时，石膏型壳的常温湿强度随着明胶的添加量的增加迅速降低，说明明胶的添加量过多会给石膏型壳在常温下的湿强度带来不利影响。根据石膏型壳的湿强度≥1Mpa的要求，明胶的添加量在石膏粉与填料的总添加量的0-4.5%范围内比较适宜。
按照《熔模铸造型壳性能测试方法》(HB 5352.1-2004)规定的测试方法，采用三点弯曲法对实施例1-6和对比例1的步骤(7)得到的石膏型壳进行残留强度的测试，测试结果如图2所示。
从图2可以看出，当明胶的添加量在石膏粉与填料的总添加量的0-2.7%范围内时，石膏型壳的残留强度基本不随着明胶的添加量的增加而改变;当明胶的添加量在石膏粉与填料的总添加量的2.7%-3.6%范围内时，石膏型壳的残留强度随着明胶的添加量的增加迅速降低;当明胶的添加量在石膏粉与填料的总添加量的3.6%-5.4%范围内时，石膏型壳的残留强度基本不随着明胶的添加量的增加而改变。
而且，经测试，当石膏粉与填料的总添加量为100重量份，并且石膏粉的添加量在20-40重量份、填料的添加量在60-80重量份的范围内变化时，均符合上述规律。
因此，综合考虑石膏型壳的常温湿强度和残留强度，当明胶的添加量在石膏粉与填料的总添加量的2.7%-4.5%范围内时较为适宜。
另外，经测试，对比例1制备的石膏型壳的高温强度约为0.392MPa，本申请实施例制备的石膏型壳的高温强度均小于0.4MPa，说明明胶的加入对石膏型壳的高温强度几乎没有影响，本申请实施例制备的石膏型壳的高温强度满足使用要求。
虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
