增材制造金屬鑄件用砂型性能檢測方法2023-11-27發布國家市場監督管理總局國家標準化管理委員會I l2規范性引用文件 13術語和定義 14檢測項目及條件 24.1高溫性能 24.2常溫力學性能 24.3理化性能 24.4檢測環境條件 25試樣制備 35.1制作條件 35.2高溫性能試樣 35.3常溫力學性能試樣 35.4理化性能試樣 46檢測方法 56.1高溫性能 56.2常溫強度 66.3理化性能 77檢測報告 參考文獻 3圖2長條形試樣 4圖3試樣尺寸示意圖 4圖4抗壓強度試樣裝置示意圖 6圖5抗剪強度試樣裝置示意圖 6圖6抗拉強度試樣裝置示意圖 6圖7抗彎強度試樣裝置示意圖 7表1不同砂試樣的測定溫度 8表2實驗室之間不同灼燒減量條件下的允許差 9ⅢGB/T43365—2023本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規則》的規定起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發布機構不承擔識別專利的責任。本文件由中國機械工業聯合會提出。本文件由全國增材制造標準化技術委員會(SAC/TC562)歸口。本文件起草單位：共享智能鑄造產業創新中心有限公司、廣東峰華卓立科技股份有限公司、中機生產力促進中心有限公司、中國核動力研究設計院、中國機械總院集團江蘇分院有限公司、云南增材佳唯科技有限公司、無錫市檢驗檢測認證研究院、西北工業大學、中國機械科學研究總院集團有限公司、北京交通大學。1增材制造金屬鑄件用砂型性能檢測方法1范圍本文件規定了增材制造金屬鑄件用砂型性能檢測的檢測項目及條件、試樣制備和檢測報告，描述了相應的檢測方法。本文件適用于增材制造制備的金屬鑄件用砂型的性能檢測。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T5611—2017鑄造術語GB/T10297—2015非金屬固體材料導熱系數的測定熱線法GB/T19466.4—2016塑料差示掃描量熱法(DSC)第4部分：比熱容的測定GB/T35351增材制造術語3術語和定義GB/T5611—2017和GB/T35351界定的以及下列術語和定義適用于本文件。發氣量gasevolution發氣性型(芯)砂加熱時析出氣體的能力。注：用單位質量型(芯)砂析出的氣體體積量表示，單位為毫升每克(mL/g)。灼減經105℃~110℃烘干，排除游離水的砂樣在950℃~1000℃燒灼至恒重時的失重占烘干砂樣總重量的百分率。透氣性permeability表示緊實砂樣孔隙度的指標。注：用在標準溫度和98Pa氣壓下，1min內通過1cm2截面和1cm高緊實砂樣的空氣體積量表示。2高溫抗壓強度hightemperaturecompressivestrength在1000℃的溫度下，型砂試樣單位面積承受的壓力。在1000℃的溫度下，型砂試樣定負荷下不潰散的時間。注：單位為秒(s)。高溫膨脹率hightemperatureexpansionratio在1000℃的溫度下，型砂試樣自由膨脹后的線性變化量與試樣原尺寸的百分比率。在恒定的壓力下，單位質量的物體溫度升高1℃所需的熱量。注：單位為焦耳每千克攝氏度[J/(kg·℃)]。4檢測項目及條件金屬鑄件砂型的高溫性能有高溫抗壓強度、高溫耐熱時間和高溫膨脹率。金屬鑄件砂型常溫力學性能有抗拉強度、抗除另有規定外，檢測實驗室宜具有下述環境條件：a)溫度：15℃~35℃;b)相對濕度：≤80%;35試樣制備5.1制作條件5.1.1檢測試樣和金屬鑄件用砂型宜用相同型號的設備、相同的工藝參數、相同的打印取向、相同規格和批次的材料打印成形，或有約定的另行規定。5.1.2試樣成形后應做好標識并與砂型同等條件下保存，并記錄環境相對濕度和溫度值。5.2高溫性能試樣5.2.1每組試樣的數量不應少于5個。5.2.2圓柱體試樣，試樣尺寸為φ12mm×20mm,受力面為圓柱體的兩端面。5.2.3制備過程中高度方向為打印方向。注：打印方向為增材制造工藝材料疊加方向。5.3常溫力學性能試樣5.3.1每組試樣的數量不應少于5個。5.3.2力學性能試樣類型如下：b)常溫抗壓強度和抗剪強度為φ40mm×40mm圓柱形試樣，圓柱體高度方向為打印方向；c)常溫抗彎強度為長條形試樣，如圖2,長條形試樣的厚度方向為打印方向。單位為毫米打印方向4單位為毫米 打印方向圖2長條形試樣5.4理化性能試樣密度試驗用圓柱形試樣(φ40mm×40mm)。5.4.2發氣量及灼燒減量試樣選取力學性能試驗后的斷裂試樣，用試樣的斷裂面相互之間進行研磨，磨出10g左右的粉末，將粉末在恒溫(105±5)℃電烘箱中烘2h,取出放入干燥器中冷卻至室溫備用。利用增材制造方式制成高度為(50±1)mm的圓柱形標準試樣，高度方向為打印方向，并在室溫條件下硬化24h。5.4.4熱傳導試樣5.4.4.1試樣為兩塊尺寸不小于40mm×80mm×114mm的互相疊合的長方體(見圖3)或為兩塊橫斷面直徑不小于80mm,長度不小于114mm的半圓柱體疊合成的圓柱體，試樣的結合面應與增材制造設備的XY面平行。5.4.4.2試樣互相疊合的平面應平整，其不平度應小于0.2%,且不大于0.3mm。以保證熱線與試樣及試樣的兩平面貼合良好。5.4.4.3在其疊合面上磨出溝槽，用來安放測量探頭。溝槽的寬度與深度應與測量探頭的熱線和熱電偶絲直徑相適應。用從被測量試樣上取下的細粉末加少量的水調成砂型粉末混合物，將測量探頭嵌粘在溝槽內，以保證良好的熱接觸。粘好測量探頭的試樣，需經干燥后，方能試驗。單位為毫米圖3試樣尺寸示意圖5GB/T43365—20235.4.5比熱容試樣從砂型上(不影響形狀尺寸的部位)或其他性能試驗的試樣上取得的粉末顆粒，試樣量不應小于6檢測方法6.1高溫性能型砂高溫強度儀器。注：見JB/T13037—2017。6.1.2高溫抗壓強度檢測6.1.2.1將型砂高溫強度試驗儀加熱爐升溫，到達設定溫度1000℃。將夾裝調節好的試樣放入爐套中，開始保溫計時，1min后，儀器測力機構以1mm/s的速率對試樣加載，記錄測量過程中的最大負荷。6.1.2.2試樣的高溫抗壓強度CSr按公式(1)計算。式中：CSr——高溫抗壓強度，單位為兆帕(MPa);Fmx——試樣承受的最大載荷，單位為牛(N);S——試樣的截面積，單位為平方毫米(mm2)。6.1.3高溫耐熱時間6.1.3.1將型砂高溫強度試驗儀加熱爐降到適當位置，使待測試樣的位置位于爐子中間，將加熱爐升溫，到達設定溫度1000℃。6.1.3.2將試樣放入爐膛中間，施加0.2MPa的定負荷，開始記錄直至試樣潰散時持續的時間，即為定負荷下的高溫耐熱時間tr。6.1.4.1將型砂高溫強度試驗儀加熱爐降到適當位置，使待測試樣的位置位于爐子中間，將加熱爐升溫，到達設定溫度1000℃。6.1.4.2將試樣放入爐套中間，記錄試樣受熱自由膨脹后變形傳感器顯示的最大變形量。6.1.4.3試樣的高溫膨脹率ERr,按公式(2)計算。式中：……………ERr——試樣定負荷下的高溫膨脹率；△L——試樣自由膨脹后的最大變形量，單位為毫米(mm);20.00——試樣原始尺寸，單位為毫米(mm)。6.1.5數據處理測定5個試樣，去掉最大值和最小值，將剩下的三個數值取平均值，作為最終結果。如果三個數值6中任何一個數值與平均值相差超出10%,試驗需要重新進行。6.2常溫強度型砂強度試驗機。6.2.2.1測定抗壓強度時，將抗壓試樣置于預先裝置在砂型強度試驗機上的抗壓夾具上(見圖4),逐漸加載，直至試樣破裂，其強度值可直接從儀器中讀出。圖4抗壓強度試樣裝置示意圖6.2.2.2測定抗剪強度時(見圖5),將抗剪夾具置于儀器上，操作方法按6.2.2.1的規定執行。圖5抗剪強度試樣裝置示意圖6.2.2.3測定抗拉強度時(見圖6),將抗拉夾具置于儀器上，然后將抗拉試樣放入夾具中，逐漸加載，直至試樣斷裂，其抗拉強度值可直接從儀器中讀出。圖6抗拉強度試樣裝置示意圖6.2.2.4測定抗彎強度時(見圖7),將抗彎夾具置于儀器上，然后把長條形試樣放在夾具上，使三角刃頭對準試樣中心位置，逐漸加載，直至試樣破裂，讀出或計算數據。7GB/T43365—2023圖7抗彎強度試樣裝置示意圖6.2.3數據處理將測得的數值去除1個最大值和1個最小值后，取剩余數值的算術平均值，作為所測砂型的常溫強度。6.3理化性能測量圓柱形試樣(φ40mm×40mm)的體積(V)和質量(m),按照公式(3)計算得出砂型的密度。式中：p——砂型的密度，單位為克每立方厘米(g/cm3);V——圓柱形試樣的體積，單位為立方厘米(cm3);m——圓柱形試樣的質量，單位為克(g)。測量并計算至少5個試樣的密度值，將計算所得的數值去除1個最大值和1個最小值后，取剩余數值的算術平均值，作為所測砂型的密度。6.3.2發氣量發氣量測量所需的裝置包括：a)造型材料用發氣性測定儀；b)稱量精度不小于0.01g的稱量設備；c)加熱溫度不小于1000℃的加熱設備；d)試樣舟。843365—2023試驗步驟造型材料用發氣性測定儀升溫至相應測定溫度(見表1)后，稱取試樣1.00g置于試樣舟中(使用前試樣舟需經1000℃灼燒30min后，置于干燥器中冷卻到室溫),在監控狀態下，將試樣舟送入發氣性測定儀的石英管紅熱部分，迅速用塞子將管口封閉，同時，發氣性測定儀的記錄部分開始工作，記錄數據。表1不同砂試樣的測定溫度名稱覆膜砂呋喃樹脂砂及其他測定溫度/℃6.3.2.3數據處理記錄其發氣速度和最大發氣量。3次平行測定結果的平均值作為該試樣的測定結果。其中任何一個試驗結果與平均值相差超出10%時，試驗應重新進行。注：平行測定指取幾份同一試樣，在相同的操作條件下對它們進行測定。能減少隨機誤差。6.3.3灼燒減量灼燒減量測量所需的裝置包括：a)馬弗爐；b)瓷坩堝；c)分析天平，精度0.0001g。6.3.3.2試驗步驟稱取約1g試樣，精確到0.0001g,置于已恒重(兩次灼燒稱量的差值≤0.0002g)的坩堝中，放入高溫爐中，從低溫開始逐漸升溫至950℃~1000℃,保溫1h,取出稍冷，立即放入干燥器中，冷卻至室溫并稱重。重復灼燒(每次15min)稱重，直至恒重(兩次灼燒稱量的差值≤0.0002g為恒重)。6.3.3.3數據處理6.3.3.3.1灼燒減量以質量分數Xs計，數值以%表示，按公式(4)計算：………(4)式中：G?——灼燒前試樣和坩堝的質量，單位為克(g);G?——灼燒后試樣和坩堝的質量，單位為克(g);G?——試樣的質量，單位為克(g)。6.3.3.3.2實驗室之間分析結果的差值應符合表2的規定。9表2實驗室之間不同灼燒減量條件下的允許差%灼燒減量(質量分數)允許差檢測透氣性的裝置：a)圓柱形標準試樣筒；b)智能透氣性測定儀或直讀式透氣性測定儀；c)帶有干透氣性測定的附件。快速法測干透氣性按如下步驟：a)測定干透氣性時，將室溫下的標準試樣放在測干透氣性的試樣筒內，用打氣筒使試樣筒內的橡皮圈充氣密封。然后放到透氣性測定儀的試樣座上，使兩者密合。再將按(旋)鈕調至“測試”或“工作”位置，從數顯屏或微壓表上直接讀出透氣性的數值。b)當試樣透氣性大于或等于50時，應采用1.5mm的阻流孔；當試樣透氣性小于50時，應采用0.5mm的阻流孔。每種試樣的透氣性測定3次，其結果應取平均值，但其中任何一個試驗結果與平均值相差超出10%時，試驗應重新進行。將透氣性測定儀試樣座上的阻流孔部件卸下，然后將氣鐘提至鐘內空氣容積為2000cm3的標高處，將內有試樣的試樣筒放到透氣性測定儀的試樣座上，使兩者密合。再將旋鈕旋轉至“工作”位置，同時用秒表測定氣鐘內2000cm3空氣通過試樣的時間，并由微壓表中讀出試樣前的壓力。透氣量K按公式(5)、公式(6)計算：GB/T43365—2023式中：V——通過試樣的空氣的體積，V=2000,單位為立方厘米(cm3);F——試樣斷面面積，F=19.635,單位為平方厘米(cm2);p——試樣前的壓力，單位為帕(Pa);t——2000cm3空氣通過試樣的時間，單位為分(min);H——試樣高度，H=5,單位為厘米(cm)。6.3.5熱傳導熱傳導試驗所需的裝置應符合GB/T10297—2015中第5章的要求。6.3.5.2試驗步驟試驗數據按照GB/T10297—2015中第7章的規定執行。6.3.5.3試驗數據處理試驗數據按照GB/T10297—2015中第8章的規定執行。6.3.6比熱容比熱容測定包括以下裝置。——DSC儀器，主要性能如下：●能以