JB/T 13082—2017《有色合金鑄造用無(wú)機(jī)粘結(jié)劑覆膜濕態(tài)砂》解讀

工業(yè)和信息化部于2017年1月9日發(fā)布了JB/T 13082—2017《有色合金鑄造用無(wú)機(jī)粘結(jié)劑覆膜濕態(tài)砂》。該全國(guó)鑄造標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì) （SAC/TC 54）歸口，由重慶長(zhǎng)江造型材料（集團(tuán)）股份有限公司牽頭起草，珠海市斗門福聯(lián)造型材料實(shí)業(yè)有限公司、蘇州興業(yè)材料科技股份有限公司、武漢力發(fā)化工有限公司參加起草，于2017年10月1日實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)為首次發(fā)布。

1 JB/T 13082—2017編制原則

標(biāo)準(zhǔn)制定工作遵循 “面向市場(chǎng)、服務(wù)產(chǎn)業(yè)、自主制定、適時(shí)推出”的原則，JB/T 13082—2017制定與技術(shù)創(chuàng)新、試驗(yàn)驗(yàn)證、產(chǎn)業(yè)推進(jìn)、應(yīng)用推廣相結(jié)合，統(tǒng)籌推進(jìn)。在標(biāo)準(zhǔn)的編寫結(jié)構(gòu)和內(nèi)容編排等方面依據(jù) “標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則、指南和編寫規(guī)則”系列標(biāo)準(zhǔn)的要求；JB/T 13082—2017確定的分析方法既要操作簡(jiǎn)易，又要能快速準(zhǔn)確的分析樣品的成分。

JB/T 13082—2017制定既考慮到無(wú)機(jī)粘結(jié)劑覆膜濕態(tài)砂的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)及產(chǎn)品特性，又充分兼顧下游產(chǎn)品的實(shí)際需求，力求科學(xué)、公正、權(quán)威、簡(jiǎn)單易行，起到指導(dǎo)國(guó)內(nèi)造型材料企業(yè)的生產(chǎn)和服務(wù)于鑄造行業(yè)的作用，以期達(dá)到合理適用的目的。

標(biāo)準(zhǔn)的制定原則是：技術(shù)質(zhì)量水平先進(jìn)、操作簡(jiǎn)便、儀器通用、科學(xué)適用、系統(tǒng)誤差和人為誤差小、造型材料企業(yè)和鑄造生產(chǎn)企業(yè)都適用并容易推廣執(zhí)行。

2 標(biāo)準(zhǔn)適用范圍

JB/T 13082—2017規(guī)定了有色合金鑄造用無(wú)機(jī)粘結(jié)劑覆膜濕態(tài)砂的術(shù)語(yǔ)和定義、分級(jí)和牌號(hào)、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、包裝、標(biāo)志、運(yùn)輸和貯存。該標(biāo)準(zhǔn)主要適用于有色合金鑄造用熱芯盒制芯 （型）的以硅酸鹽為粘結(jié)劑覆膜的濕態(tài)砂。

3 標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容

（1）術(shù)語(yǔ)和定義

JB/T 13082—2017中說(shuō)明了無(wú)機(jī)粘結(jié)劑覆膜濕態(tài)砂、熱態(tài)抗彎強(qiáng)度、熱態(tài)抗拉強(qiáng)度、抗吸濕性、流動(dòng)性、殘留強(qiáng)度的定義，其中熱態(tài)抗彎強(qiáng)度和熱態(tài)抗拉強(qiáng)度的定義與JB/T 8583—2008《鑄造用覆膜砂》類似，但是由于用無(wú)機(jī)粘結(jié)劑覆膜的濕態(tài)砂與有機(jī)樹脂覆膜砂的材料特性的不同，其固化溫度和保溫時(shí)間有所不同。

（2）分級(jí)和牌號(hào)

無(wú)機(jī)粘結(jié)劑覆膜的濕態(tài)砂用的是硅酸鹽粘結(jié)劑，粘結(jié)劑中除去水分之外，其灼減很低，所以在分級(jí)和牌號(hào)中取消了灼減的分級(jí)；同時(shí)由于硅酸鹽粘結(jié)劑覆膜的濕態(tài)砂的流動(dòng)性相對(duì)于現(xiàn)行的熱芯盒樹脂覆膜砂明顯較差，與冷芯盒樹脂覆膜砂相比流動(dòng)性相對(duì)較低，但流動(dòng)性又直接影響到制芯的難易，所以在標(biāo)準(zhǔn)中增加了流動(dòng)性的分級(jí)。而常溫抗彎強(qiáng)度的分級(jí)中硅酸鹽粘結(jié)劑砂的分級(jí)只做到了5MPa，主要是因?yàn)闊o(wú)機(jī)粘結(jié)劑不像有機(jī)粘結(jié)劑，在高溫下不燃燒，所以5MPa的最高分級(jí)已經(jīng)足夠用于各種制芯及澆注中。無(wú)機(jī)粘結(jié)劑覆膜濕態(tài)砂按常溫抗彎強(qiáng)度分級(jí)見表1，按流動(dòng)性分級(jí)見表2。

（3） 技術(shù)要求

1）有色金屬鑄造所用的以無(wú)機(jī)粘結(jié)劑覆膜的濕態(tài)砂必測(cè)性能指標(biāo)中常溫抗彎和熱態(tài)抗彎強(qiáng)度的測(cè)試方法與JB/T 8583—2008類似，測(cè)試試樣的尺寸是一樣的，采用溫芯盒射芯機(jī)制備，模具加熱溫度為 160℃±5℃，射砂壓力為0.50MPa±0.05MPa，保溫80秒 （通過不同保溫時(shí)間試樣的強(qiáng)度和水分含量來(lái)確定的，80秒時(shí)熱態(tài)抗彎強(qiáng)度達(dá)到最大，砂芯水分含量最低）后取出，10秒鐘內(nèi)測(cè)試即為熱態(tài)抗彎強(qiáng)度，放至室溫時(shí)測(cè)試即為常溫抗彎強(qiáng)度。

表1 常溫抗彎強(qiáng)度分級(jí)

表2 流動(dòng)性分級(jí)

模具溫度和保溫時(shí)間是根據(jù)圖1、圖2、圖3優(yōu)化得到的，見下文圖1、圖2、圖3。從圖1不同溫度加熱80秒的抗彎強(qiáng)度變化曲線可以看出，在160℃時(shí)的即時(shí)強(qiáng)度和常溫強(qiáng)度均達(dá)到了最大值，所以確定模具溫度為160℃；圖2和圖3是在160℃條件下，不同的固化溫度砂芯的抗彎強(qiáng)度和水分的變化情況，圖2中可以看出在固化時(shí)間為80秒時(shí)常溫抗彎強(qiáng)度達(dá)到了最大值，熱態(tài)抗彎強(qiáng)度可以達(dá)到開模的要求，并且在80秒后的增速很小，同時(shí)在80秒時(shí)砂芯水分也基本上達(dá)到了最低值，不影響后期砂芯存放時(shí)的吸潮問題。故最終選擇模具溫度為160℃，保溫時(shí)間為80秒。

圖1 不同溫度加熱80秒的抗彎強(qiáng)度變化

2）有色金屬鑄造用無(wú)機(jī)粘結(jié)劑覆膜濕態(tài)砂必測(cè)性能指標(biāo)流動(dòng)性的測(cè)試采用側(cè)孔質(zhì)量法，采用錘擊式制樣儀，在φ50mm的試樣筒 （內(nèi)壁光滑）的側(cè)面開有一個(gè)φ12mm的小孔 （圓心到試樣筒底的高度為16mm），試驗(yàn)前先用柱塞塞住，稱取185g濕態(tài)砂倒入試樣筒中，放在制樣機(jī)上，拔去柱塞后沖擊10次。用頂柱將試樣頂出。然后將留在孔中的型砂刮下同被擠出的砂子一起稱量，其質(zhì)量m即為濕態(tài)砂的流動(dòng)性。小孔中漏出的砂越多，說(shuō)明濕態(tài)砂的流動(dòng)性越好。這種測(cè)試方法基本上可以反映型砂充填砂型輪廓、凹槽的能力以及它的吹射性。

圖2 160℃抗彎強(qiáng)度隨固化時(shí)間的變化

圖3 160℃抗彎砂芯水分隨固化時(shí)間的變化

3）有色金屬鑄造用無(wú)機(jī)粘結(jié)劑覆膜濕態(tài)砂選測(cè)性能指標(biāo)中常溫抗拉和熱態(tài)抗拉強(qiáng)度的測(cè)試，用 “8”字型標(biāo)準(zhǔn)試樣，試樣的尺寸按GB/T 2684—2009《鑄造用砂及混合料試驗(yàn)方法》中規(guī)定的覆膜砂 “8”字型標(biāo)準(zhǔn)試樣尺寸執(zhí)行，同抗彎強(qiáng)度制樣一樣采用溫芯盒射芯機(jī)，試樣的加熱溫度、射砂壓力和保溫時(shí)間保持與抗彎強(qiáng)度的制樣條件一致，先將模具加熱至160℃±5℃，然后通過射砂裝置將砂由砂筒射入模具內(nèi)，射砂壓力為0.50MPa±0.05MPa，保壓時(shí)間為5s，刮平模具上多余的砂，開始計(jì)時(shí)，保溫80s±2s后取出試樣，立即測(cè)試即為熱態(tài)抗拉強(qiáng)度，放至室溫時(shí)測(cè)即為常溫抗拉強(qiáng)度。

4）有色金屬鑄造用無(wú)機(jī)粘結(jié)劑覆膜濕態(tài)砂選測(cè)性能指標(biāo)中發(fā)氣量的測(cè)定溫度為750℃，采用無(wú)機(jī)粘結(jié)劑覆膜濕態(tài)砂常溫抗拉強(qiáng)度試樣斷口處磨下來(lái)的砂子作為測(cè)定發(fā)氣量的試樣，有色金屬澆注的溫度為750℃左右，所以選擇澆注溫度測(cè)試其發(fā)氣量對(duì)于鑄造的指導(dǎo)意義比較大。

5）考慮到該產(chǎn)品的特殊性、國(guó)內(nèi)的實(shí)際生產(chǎn)情況和用戶的要求，抗吸濕性在本標(biāo)準(zhǔn)中也做了規(guī)定。我國(guó)幅員遼闊，地域氣候環(huán)境差異較大，北方地區(qū)通常氣候干燥，而在南方夏天濕度比較大，采用在25℃，下面加氯化鉀飽和溶液的干燥器 （濕度85%）中放置不同時(shí)間后測(cè)試基本可以滿足不同區(qū)域的應(yīng)用環(huán)境，測(cè)試數(shù)據(jù)見表3。

表3 砂芯在25℃、85%濕度條件下，不同放置時(shí)間的抗拉強(qiáng)度 （常溫抗拉：2.38MPa）

從表1的數(shù)據(jù)可以看出，1h強(qiáng)度下降率為1.3%～20.2%，不影響使用；8h時(shí)強(qiáng)度下降率為19.7%～36.6%， 抗拉強(qiáng)度為1.51MPa～1.91MPa，也是可以滿足組芯的要求的；但是超過8h到24h測(cè)試時(shí)其砂芯強(qiáng)度的下降率為72.7%～91.6%，此時(shí)已不能使用，沒有實(shí)際指導(dǎo)意義，所以規(guī)定抗吸濕性的指標(biāo)測(cè)試采用25℃，下面加氯化鉀飽和溶液的干燥器中放置8h時(shí)的強(qiáng)度下降率。表1中數(shù)據(jù)顯示8h時(shí)強(qiáng)度下降率為19.7%～36.6%，故規(guī)定在25℃，下面加裝氯化鉀飽和溶液的干燥器中放置8h時(shí)的硅酸鹽粘結(jié)劑砂的砂芯抗拉強(qiáng)度下降率小于40%。按照表1數(shù)據(jù)的原強(qiáng)度是2.38MPa，強(qiáng)度下降40%后剩下1.43MPa，也是可以滿足組芯要求的，這個(gè)強(qiáng)度在澆鑄中也是可以滿足要求的，因?yàn)槠湓诟邷叵虏粫?huì)像有機(jī)樹脂覆膜砂那樣燃燒，強(qiáng)度下降沒有那么陡。

6）有色金屬鑄造用無(wú)機(jī)粘結(jié)劑覆膜濕態(tài)砂選測(cè)性能指標(biāo)中殘留強(qiáng)度是用來(lái)衡量無(wú)機(jī)粘結(jié)劑覆膜濕態(tài)砂的潰散性的，我們也可以用潰散率來(lái)表示，但考慮到直接使用殘留強(qiáng)度絕對(duì)值相對(duì)較可操作，也具有可靠性，所以最終選擇用殘留強(qiáng)度來(lái)表示無(wú)機(jī)粘結(jié)劑覆膜濕態(tài)砂的潰散性。采用“8”字型標(biāo)準(zhǔn)試樣，試樣的尺寸按GB/T 2684—2009中規(guī)定的覆膜砂 “8”字型標(biāo)準(zhǔn)試樣尺寸執(zhí)行。采用溫芯盒射芯機(jī)，先將試樣模具加熱至160℃±5℃，然后通過射砂裝置將砂由砂筒射入模具內(nèi)，射砂壓力為 0.50MPa±0.05MPa，保壓時(shí)間為5s，刮平模具上多余的砂，開始計(jì)時(shí)，保溫80s±2s后取出試樣放至室溫后，分別測(cè)得不經(jīng)處理和在750℃±20℃馬弗爐燒30min后的常溫抗拉強(qiáng)度，記為F3、F4。F4即為該無(wú)機(jī)粘結(jié)劑覆膜濕態(tài)砂的殘留強(qiáng)度。如果用潰散率來(lái)表示，則潰散率的計(jì)算方法為：潰散率=100%× （F3-F4）/F3。通過大量的應(yīng)用測(cè)試，殘留強(qiáng)度≤0.2MPa時(shí)，出砂性可以滿足要求，故該指標(biāo)要求殘留強(qiáng)度≤0.2MPa。

7）有色金屬鑄造用無(wú)機(jī)粘結(jié)劑覆膜濕態(tài)砂的平均細(xì)度由供需雙方協(xié)商確定，該指標(biāo)根據(jù)無(wú)機(jī)粘結(jié)劑覆膜濕態(tài)砂的應(yīng)用范圍不同而不同，只能通過控制原砂的粒度來(lái)控制產(chǎn)品的粒度。

4 解決的主要問題

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我們生存的環(huán)境日益惡化，全球氣溫逐漸升高，很多物種瀕臨滅絕，給生態(tài)平衡造成了嚴(yán)重影響。環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展勢(shì)在必行，鑄造生產(chǎn)必須向綠色生產(chǎn)發(fā)展，依靠科技進(jìn)步，尋求環(huán)境友好型造型材料，提高工藝技術(shù)水平，以減少對(duì)環(huán)境的污染。無(wú)機(jī)粘結(jié)劑覆膜濕態(tài)砂在鑄造過程中，價(jià)格低廉，原料易得，耐高溫強(qiáng)，并且在鑄鋁件過程中潰散性能高，整個(gè)鑄造過程中無(wú)有害氣體排放，對(duì)于減少環(huán)境污染有很大的促進(jìn)作用。本標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)是經(jīng)過很多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得到的結(jié)果，方法簡(jiǎn)單易行，準(zhǔn)確可靠。

本標(biāo)準(zhǔn)中的無(wú)機(jī)粘結(jié)劑覆膜濕態(tài)砂在生產(chǎn)應(yīng)用中具有非常優(yōu)異的環(huán)保性，在制芯溫度條件下幾乎沒有有毒氣體放出，可以顯著改善制芯車間內(nèi)工人的工作環(huán)境，目前該產(chǎn)品已經(jīng)在重慶、四川、湖北、江蘇等地廣泛應(yīng)用，使用了無(wú)機(jī)粘結(jié)劑覆膜濕態(tài)砂后，鑄造工廠真正做到了綠色化生產(chǎn)，無(wú)居民投訴，工人健康得到了有效保障，所以制定本標(biāo)準(zhǔn)是必須的也是行業(yè)所需要的。

隨著21世紀(jì)人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，國(guó)家環(huán)保法規(guī)的不斷實(shí)施，影響鑄造業(yè)發(fā)展的環(huán)境污染，特別是造成嚴(yán)重污染源的造型材料，已引起了國(guó)際鑄造工作者的高度關(guān)注。從20世紀(jì)90年代以來(lái)，由于有機(jī)樹脂砂的化學(xué)污染對(duì)其應(yīng)用產(chǎn)生了置疑，國(guó)外，如德國(guó)和美國(guó)，就先后開展了對(duì)無(wú)污染的環(huán)保型無(wú)機(jī)砂工藝的廣泛研究，在克服其固有缺點(diǎn)，發(fā)揚(yáng)其優(yōu)勢(shì)等方面，取得了卓有成效的進(jìn)展。

最近幾年里，我國(guó)的鑄造工廠面臨的環(huán)保壓力也越來(lái)越大，迫使人們尋求石油產(chǎn)品的替代品，對(duì)各種無(wú)機(jī)粘結(jié)劑制備的無(wú)機(jī)砂重新進(jìn)行了評(píng)價(jià)，克服其自身的缺點(diǎn)，并取得與樹脂合成砂相仿的性能，其成功應(yīng)用必將使鑄造行業(yè)的環(huán)境問題得到徹底的改變。所以要從根本上解決鑄造工廠的環(huán)境問題，用無(wú)機(jī)粘結(jié)劑替代有機(jī)粘結(jié)劑必將是未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。為此，重慶長(zhǎng)江造型材料 （集團(tuán)）股份有限公司投資研發(fā)了有色金屬鑄造用無(wú)機(jī)粘結(jié)劑覆膜濕態(tài)砂，該濕態(tài)砂在造型制芯、澆鑄及清理過程中無(wú)有害氣體排放，無(wú)粉塵產(chǎn)生，節(jié)約資源，且能滿足使用的要求，對(duì)鑄造環(huán)境的改善具有積極的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)作用。該產(chǎn)品具有混砂、制芯、澆注全過程無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)污染、無(wú)粉塵、成本低等優(yōu)點(diǎn)。有色金屬鑄造用無(wú)機(jī)粘結(jié)劑覆膜濕態(tài)砂產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)內(nèi)外還是空白。本標(biāo)準(zhǔn)適用于有色金屬鑄造用熱芯盒制芯 （型）的無(wú)機(jī)粘結(jié)劑覆膜濕態(tài)砂。

5 主要試驗(yàn) （或驗(yàn)證）情況分析

在標(biāo)準(zhǔn)制定過程中，項(xiàng)目組首先召集全體項(xiàng)目成員及協(xié)作單位相關(guān)技術(shù)人員召開了項(xiàng)目組第一次會(huì)議，就有色合金鑄造用無(wú)機(jī)粘結(jié)劑覆膜濕態(tài)砂生產(chǎn)特點(diǎn)以及在使用過程所面臨的問題和新的需求進(jìn)行了充分的研討，提出了標(biāo)準(zhǔn)的制定原則和要達(dá)到的預(yù)期效果。作為無(wú)機(jī)類粘結(jié)劑制備的型砂工藝，長(zhǎng)期以來(lái)市場(chǎng)規(guī)?；惠^為廣泛的應(yīng)用于鑄鋼的無(wú)機(jī)粘結(jié)劑中以硅酸鹽類無(wú)機(jī)粘結(jié)劑中的硅酸鈉 （水玻璃及其水玻璃改性）型粘結(jié)劑最為易見。項(xiàng)目組收集了來(lái)自于市場(chǎng)中已有的各種無(wú)機(jī)濕態(tài)砂企業(yè)提供的50個(gè)鑄造用濕態(tài)砂的測(cè)試樣品，獲得試驗(yàn)數(shù)據(jù)近2000個(gè)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際確定各項(xiàng)目指標(biāo)值。經(jīng)過反復(fù)討論，結(jié)合行業(yè)實(shí)際情況，形成了 《鑄造用無(wú)機(jī)濕態(tài)覆膜砂》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿。

將此初稿先后在七家使用無(wú)機(jī)粘結(jié)劑覆膜濕態(tài)砂鑄造生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行了工業(yè)驗(yàn)證，共驗(yàn)證10萬(wàn)件產(chǎn)樣品，獲得驗(yàn)證數(shù)據(jù)近一萬(wàn)多個(gè)，從統(tǒng)計(jì)結(jié)果的分布來(lái)看，濕態(tài)砂常溫抗彎強(qiáng)度實(shí)測(cè)值小于等于2.0MPa的樣品占樣品總數(shù)的3%，大于2.0MPa且小于3.0MPa的樣品占樣品總數(shù)的18%，大于3.0MPa且小于4.0MPa的樣品占樣品總數(shù)的28%，大于4.0MPa且小于5.0MPa的樣品占樣品總數(shù)的35%，大于5.0MPa的樣品占樣品總數(shù)的16%。但考慮到無(wú)機(jī)濕態(tài)覆膜砂砂芯的吸潮性較強(qiáng)，如果原來(lái)強(qiáng)度是2.0MPa，強(qiáng)度下降40%后剩下1.2MPa，可以滿足組芯要求，這個(gè)強(qiáng)度在澆鑄中也是可以滿足要求的，因?yàn)槠湓诟邷叵虏粫?huì)像有機(jī)樹脂覆膜砂那樣燃燒，強(qiáng)度下降沒有那么陡。但由于無(wú)機(jī)濕態(tài)覆膜砂的韌性不足，所以適當(dāng)提高了無(wú)機(jī)濕態(tài)的強(qiáng)度分級(jí)要求，最低強(qiáng)度需大于3.0MPa。再在此基礎(chǔ)上設(shè)定三個(gè)等級(jí)，分別為5級(jí)、4級(jí)、3級(jí) （詳見本標(biāo)準(zhǔn)），根據(jù)不同的需要確定等級(jí)。經(jīng)驗(yàn)證本標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)是合理的適用的，可以保證生產(chǎn)應(yīng)用的質(zhì)量和成本。

6 預(yù)期達(dá)到的社會(huì)效益、對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的作用等情況

本標(biāo)準(zhǔn)水平為國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。本標(biāo)準(zhǔn)的制定，使有色金屬鑄造用無(wú)機(jī)粘結(jié)劑覆膜濕態(tài)砂的質(zhì)量控制和質(zhì)量監(jiān)督有標(biāo)準(zhǔn)可依，有利于企業(yè)與管理部門在產(chǎn)品質(zhì)量管理方面的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

本標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，規(guī)范了有色金屬鑄造用無(wú)機(jī)粘結(jié)劑覆膜濕態(tài)砂的檢測(cè)，為無(wú)機(jī)粘結(jié)劑覆膜濕態(tài)砂的生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，規(guī)?；a(chǎn)提供了有力的技術(shù)支撐。

標(biāo)準(zhǔn)的制定為無(wú)機(jī)粘結(jié)劑覆膜濕態(tài)砂的生產(chǎn)、質(zhì)量檢驗(yàn)提供技術(shù)依據(jù)。為規(guī)范行業(yè)行為，行業(yè)管理，對(duì)促進(jìn)造型材料產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步、產(chǎn)品的升級(jí)起到極積作用，為鑄造行業(yè)發(fā)展?fàn)I造了良好的社會(huì)環(huán)境，取得了較好的成效，使鑄件生產(chǎn)企業(yè)徹底擺脫污染，為實(shí)現(xiàn)綠色化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。