JB/T 13082—2017《有色合金鑄造用無機粘結劑覆膜濕態砂》解讀

工業和信息化部于2017年1月9日發布了JB/T 13082—2017《有色合金鑄造用無機粘結劑覆膜濕態砂》。該全國鑄造標準化技術委員會 （SAC/TC 54）歸口，由重慶長江造型材料（集團）股份有限公司牽頭起草，珠海市斗門福聯造型材料實業有限公司、蘇州興業材料科技股份有限公司、武漢力發化工有限公司參加起草，于2017年10月1日實施。該標準為首次發布。

1 JB/T 13082—2017編制原則

標準制定工作遵循 “面向市場、服務產業、自主制定、適時推出”的原則，JB/T 13082—2017制定與技術創新、試驗驗證、產業推進、應用推廣相結合，統籌推進。在標準的編寫結構和內容編排等方面依據 “標準化工作導則、指南和編寫規則”系列標準的要求；JB/T 13082—2017確定的分析方法既要操作簡易，又要能快速準確的分析樣品的成分。

JB/T 13082—2017制定既考慮到無機粘結劑覆膜濕態砂的生產工藝特點及產品特性，又充分兼顧下游產品的實際需求，力求科學、公正、權威、簡單易行，起到指導國內造型材料企業的生產和服務于鑄造行業的作用，以期達到合理適用的目的。

標準的制定原則是：技術質量水平先進、操作簡便、儀器通用、科學適用、系統誤差和人為誤差小、造型材料企業和鑄造生產企業都適用并容易推廣執行。

2 標準適用范圍

JB/T 13082—2017規定了有色合金鑄造用無機粘結劑覆膜濕態砂的術語和定義、分級和牌號、技術要求、試驗方法、檢驗規則、包裝、標志、運輸和貯存。該標準主要適用于有色合金鑄造用熱芯盒制芯 （型）的以硅酸鹽為粘結劑覆膜的濕態砂。

3 標準主要內容

（1）術語和定義

JB/T 13082—2017中說明了無機粘結劑覆膜濕態砂、熱態抗彎強度、熱態抗拉強度、抗吸濕性、流動性、殘留強度的定義，其中熱態抗彎強度和熱態抗拉強度的定義與JB/T 8583—2008《鑄造用覆膜砂》類似，但是由于用無機粘結劑覆膜的濕態砂與有機樹脂覆膜砂的材料特性的不同，其固化溫度和保溫時間有所不同。

（2）分級和牌號

無機粘結劑覆膜的濕態砂用的是硅酸鹽粘結劑，粘結劑中除去水分之外，其灼減很低，所以在分級和牌號中取消了灼減的分級；同時由于硅酸鹽粘結劑覆膜的濕態砂的流動性相對于現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性相對較低，但流動性又直接影響到制芯的難易，所以在標準中增加了流動性的分級。而常溫抗彎強度的分級中硅酸鹽粘結劑砂的分級只做到了5MPa，主要是因為無機粘結劑不像有機粘結劑，在高溫下不燃燒，所以5MPa的最高分級已經足夠用于各種制芯及澆注中。無機粘結劑覆膜濕態砂按常溫抗彎強度分級見表1，按流動性分級見表2。

（3） 技術要求

1）有色金屬鑄造所用的以無機粘結劑覆膜的濕態砂必測性能指標中常溫抗彎和熱態抗彎強度的測試方法與JB/T 8583—2008類似，測試試樣的尺寸是一樣的，采用溫芯盒射芯機制備，模具加熱溫度為 160℃±5℃，射砂壓力為0.50MPa±0.05MPa，保溫80秒 （通過不同保溫時間試樣的強度和水分含量來確定的，80秒時熱態抗彎強度達到最大，砂芯水分含量最低）后取出，10秒鐘內測試即為熱態抗彎強度，放至室溫時測試即為常溫抗彎強度。

表1 常溫抗彎強度分級

表2 流動性分級

模具溫度和保溫時間是根據圖1、圖2、圖3優化得到的，見下文圖1、圖2、圖3。從圖1不同溫度加熱80秒的抗彎強度變化曲線可以看出，在160℃時的即時強度和常溫強度均達到了最大值，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度和水分的變化情況，圖2中可以看出在固化時間為80秒時常溫抗彎強度達到了最大值，熱態抗彎強度可以達到開模的要求，并且在80秒后的增速很小，同時在80秒時砂芯水分也基本上達到了最低值，不影響后期砂芯存放時的吸潮問題。故最終選擇模具溫度為160℃，保溫時間為80秒。

圖1 不同溫度加熱80秒的抗彎強度變化

2）有色金屬鑄造用無機粘結劑覆膜濕態砂必測性能指標流動性的測試采用側孔質量法，采用錘擊式制樣儀，在φ50mm的試樣筒 （內壁光滑）的側面開有一個φ12mm的小孔 （圓心到試樣筒底的高度為16mm），試驗前先用柱塞塞住，稱取185g濕態砂倒入試樣筒中，放在制樣機上，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，其質量m即為濕態砂的流動性。小孔中漏出的砂越多，說明濕態砂的流動性越好。這種測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℃抗彎強度隨固化時間的變化

圖3 160℃抗彎砂芯水分隨固化時間的變化

3）有色金屬鑄造用無機粘結劑覆膜濕態砂選測性能指標中常溫抗拉和熱態抗拉強度的測試，用 “8”字型標準試樣，試樣的尺寸按GB/T 2684—2009《鑄造用砂及混合料試驗方法》中規定的覆膜砂 “8”字型標準試樣尺寸執行，同抗彎強度制樣一樣采用溫芯盒射芯機，試樣的加熱溫度、射砂壓力和保溫時間保持與抗彎強度的制樣條件一致，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，射砂壓力為0.50MPa±0.05MPa，保壓時間為5s，刮平模具上多余的砂，開始計時，保溫80s±2s后取出試樣，立即測試即為熱態抗拉強度，放至室溫時測即為常溫抗拉強度。

4）有色金屬鑄造用無機粘結劑覆膜濕態砂選測性能指標中發氣量的測定溫度為750℃，采用無機粘結劑覆膜濕態砂常溫抗拉強度試樣斷口處磨下來的砂子作為測定發氣量的試樣，有色金屬澆注的溫度為750℃左右，所以選擇澆注溫度測試其發氣量對于鑄造的指導意義比較大。

5）考慮到該產品的特殊性、國內的實際生產情況和用戶的要求，抗吸濕性在本標準中也做了規定。我國幅員遼闊，地域氣候環境差異較大，北方地區通常氣候干燥，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%）中放置不同時間后測試基本可以滿足不同區域的應用環境，測試數據見表3。

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

從表1的數據可以看出，1h強度下降率為1.3%～20.2%，不影響使用；8h時強度下降率為19.7%～36.6%， 抗拉強度為1.51MPa～1.91MPa，也是可以滿足組芯的要求的；但是超過8h到24h測試時其砂芯強度的下降率為72.7%～91.6%，此時已不能使用，沒有實際指導意義，所以規定抗吸濕性的指標測試采用25℃，下面加氯化鉀飽和溶液的干燥器中放置8h時的強度下降率。表1中數據顯示8h時強度下降率為19.7%～36.6%，故規定在25℃，下面加裝氯化鉀飽和溶液的干燥器中放置8h時的硅酸鹽粘結劑砂的砂芯抗拉強度下降率小于40%。按照表1數據的原強度是2.38MPa，強度下降40%后剩下1.43MPa，也是可以滿足組芯要求的，這個強度在澆鑄中也是可以滿足要求的，因為其在高溫下不會像有機樹脂覆膜砂那樣燃燒，強度下降沒有那么陡。

6）有色金屬鑄造用無機粘結劑覆膜濕態砂選測性能指標中殘留強度是用來衡量無機粘結劑覆膜濕態砂的潰散性的，我們也可以用潰散率來表示，但考慮到直接使用殘留強度絕對值相對較可操作，也具有可靠性，所以最終選擇用殘留強度來表示無機粘結劑覆膜濕態砂的潰散性。采用“8”字型標準試樣，試樣的尺寸按GB/T 2684—2009中規定的覆膜砂 “8”字型標準試樣尺寸執行。采用溫芯盒射芯機，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，射砂壓力為 0.50MPa±0.05MPa，保壓時間為5s，刮平模具上多余的砂，開始計時，保溫80s±2s后取出試樣放至室溫后，分別測得不經處理和在750℃±20℃馬弗爐燒30min后的常溫抗拉強度，記為F3、F4。F4即為該無機粘結劑覆膜濕態砂的殘留強度。如果用潰散率來表示，則潰散率的計算方法為：潰散率=100%× （F3-F4）/F3。通過大量的應用測試，殘留強度≤0.2MPa時，出砂性可以滿足要求，故該指標要求殘留強度≤0.2MPa。

7）有色金屬鑄造用無機粘結劑覆膜濕態砂的平均細度由供需雙方協商確定，該指標根據無機粘結劑覆膜濕態砂的應用范圍不同而不同，只能通過控制原砂的粒度來控制產品的粒度。

4 解決的主要問題

隨著經濟的不斷發展，我們生存的環境日益惡化，全球氣溫逐漸升高，很多物種瀕臨滅絕，給生態平衡造成了嚴重影響。環境保護和可持續發展勢在必行，鑄造生產必須向綠色生產發展，依靠科技進步，尋求環境友好型造型材料，提高工藝技術水平，以減少對環境的污染。無機粘結劑覆膜濕態砂在鑄造過程中，價格低廉，原料易得，耐高溫強，并且在鑄鋁件過程中潰散性能高，整個鑄造過程中無有害氣體排放，對于減少環境污染有很大的促進作用。本標準中規定的技術指標是經過很多次實驗驗證得到的結果，方法簡單易行，準確可靠。

本標準中的無機粘結劑覆膜濕態砂在生產應用中具有非常優異的環保性，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工人的工作環境，目前該產品已經在重慶、四川、湖北、江蘇等地廣泛應用，使用了無機粘結劑覆膜濕態砂后，鑄造工廠真正做到了綠色化生產，無居民投訴，工人健康得到了有效保障，所以制定本標準是必須的也是行業所需要的。

隨著21世紀人們環保意識的增強，國家環保法規的不斷實施，影響鑄造業發展的環境污染，特別是造成嚴重污染源的造型材料，已引起了國際鑄造工作者的高度關注。從20世紀90年代以來，由于有機樹脂砂的化學污染對其應用產生了置疑，國外，如德國和美國，就先后開展了對無污染的環保型無機砂工藝的廣泛研究，在克服其固有缺點，發揚其優勢等方面，取得了卓有成效的進展。

最近幾年里，我國的鑄造工廠面臨的環保壓力也越來越大，迫使人們尋求石油產品的替代品，對各種無機粘結劑制備的無機砂重新進行了評價，克服其自身的缺點，并取得與樹脂合成砂相仿的性能，其成功應用必將使鑄造行業的環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境問題，用無機粘結劑替代有機粘結劑必將是未來發展的必然趨勢。為此，重慶長江造型材料 （集團）股份有限公司投資研發了有色金屬鑄造用無機粘結劑覆膜濕態砂，該濕態砂在造型制芯、澆鑄及清理過程中無有害氣體排放，無粉塵產生，節約資源，且能滿足使用的要求，對鑄造環境的改善具有積極的社會和經濟作用。該產品具有混砂、制芯、澆注全過程無毒、無害、無污染、無粉塵、成本低等優點。有色金屬鑄造用無機粘結劑覆膜濕態砂產品標準在國內外還是空白。本標準適用于有色金屬鑄造用熱芯盒制芯 （型）的無機粘結劑覆膜濕態砂。

5 主要試驗 （或驗證）情況分析

在標準制定過程中，項目組首先召集全體項目成員及協作單位相關技術人員召開了項目組第一次會議，就有色合金鑄造用無機粘結劑覆膜濕態砂生產特點以及在使用過程所面臨的問題和新的需求進行了充分的研討，提出了標準的制定原則和要達到的預期效果。作為無機類粘結劑制備的型砂工藝，長期以來市場規?；惠^為廣泛的應用于鑄鋼的無機粘結劑中以硅酸鹽類無機粘結劑中的硅酸鈉 （水玻璃及其水玻璃改性）型粘結劑最為易見。項目組收集了來自于市場中已有的各種無機濕態砂企業提供的50個鑄造用濕態砂的測試樣品，獲得試驗數據近2000個，結合生產實際確定各項目指標值。經過反復討論，結合行業實際情況，形成了 《鑄造用無機濕態覆膜砂》行業標準征求意見稿。

將此初稿先后在七家使用無機粘結劑覆膜濕態砂鑄造生產企業進行了工業驗證，共驗證10萬件產樣品，獲得驗證數據近一萬多個，從統計結果的分布來看，濕態砂常溫抗彎強度實測值小于等于2.0MPa的樣品占樣品總數的3%，大于2.0MPa且小于3.0MPa的樣品占樣品總數的18%，大于3.0MPa且小于4.0MPa的樣品占樣品總數的28%，大于4.0MPa且小于5.0MPa的樣品占樣品總數的35%，大于5.0MPa的樣品占樣品總數的16%。但考慮到無機濕態覆膜砂砂芯的吸潮性較強，如果原來強度是2.0MPa，強度下降40%后剩下1.2MPa，可以滿足組芯要求，這個強度在澆鑄中也是可以滿足要求的，因為其在高溫下不會像有機樹脂覆膜砂那樣燃燒，強度下降沒有那么陡。但由于無機濕態覆膜砂的韌性不足，所以適當提高了無機濕態的強度分級要求，最低強度需大于3.0MPa。再在此基礎上設定三個等級，分別為5級、4級、3級 （詳見本標準），根據不同的需要確定等級。經驗證本標準所規定的技術指標是合理的適用的，可以保證生產應用的質量和成本。

6 預期達到的社會效益、對產業發展的作用等情況

本標準水平為國內先進水平。本標準的制定，使有色金屬鑄造用無機粘結劑覆膜濕態砂的質量控制和質量監督有標準可依，有利于企業與管理部門在產品質量管理方面的協調統一。

本標準的實施，規范了有色金屬鑄造用無機粘結劑覆膜濕態砂的檢測，為無機粘結劑覆膜濕態砂的生產企業實現標準化，規模化生產提供了有力的技術支撐。

標準的制定為無機粘結劑覆膜濕態砂的生產、質量檢驗提供技術依據。為規范行業行為，行業管理，對促進造型材料產業的技術進步、產品的升級起到極積作用，為鑄造行業發展營造了良好的社會環境，取得了較好的成效，使鑄件生產企業徹底擺脫污染，為實現綠色化生產奠定了基礎。