1. Zavedení
Uhlíková ocel Investiční obsazení spojuje starověké umění s moderním inženýrstvím a vytváří komplexní, komponenty z vysokopevnostní oceli.
Použitím metody ztraceného vosku – kdy se jednorázové voskové vzory stávají trvalými ocelovými díly – tento proces dosahuje tolerancí a povrchových úprav, které jsou u konvenčního lití do písku nemyslitelné..
Jeho kořeny se táhnou dozadu 5 000 let do mezopotámských bronzů ze ztraceného vosku, ale teprve v polovině 20. století zvládly slévárny vysokou teplotu tání oceli (1 500–1 600 ° C.) a úzký rozsah tuhnutí.
Dnes, průmyslová odvětví jako např olej & plyn, výroba energie, Těžké stroje, a automobilový průmysl závisí na odlitcích z uhlíkové oceli pro tělesa ventilů, Oběžné kol, skříně turbín, a konstrukční držáky.
Tento článek zkoumá základy, výběr slitiny, kroky procesu na míru, Materiálové vlastnosti, dopad na životní prostředí, a konkurenční postavení vytavitelného lití z uhlíkové oceli.
2. Základy investičního lití uhlíkové oceli
Odlévání uhlíkové oceli představuje jedinečné výzvy. Jeho vysoké nároky na teplotu lití žáruvzdorné plášťové systémy schopné odolat teplotám vyšším 1 700 ° C..
Navíc, uhlíkové oceli typicky vykazují úzký interval krystalizace – často menší než 70 °C – takže se rychle smršťují a riskují vnitřní poréznost.
V porovnání s lití písku, zatmelovací metody poskytují rozměrovou přesnost ±0,1 mm na malých prvcích (oproti ±1,5 mm) a povrchové úpravy až do Ra 0,8–3,2 µm (oproti 12–50 µm).
Kování však stále poskytuje jemnější tok zrna a vynikající únavovou životnost, dělat investiční lití strategickou volbou, když geometrie tvaru sítě převažuje nad mechanickou optimalizací.
3. Slitiny uhlíkové oceli pro investiční lití
Výběr vpravo Uhlíková ocel stupeň rozhoduje o úspěchu castingu.
Obsah uhlíku ovlivňuje pevnost, Ztvrdnost, a smrštění, zatímco legující prvky (Mn, A, Cr) kontrolovat kalitelnost, houževnatost, a opotřebení odporu.
Investiční lití vyhovuje nízkým, střední-, a oceli s vysokým obsahem uhlíku, každý nabízí odlišné výkonnostní profily:
- Nízkouhlíkové oceli (< 0.25 %C):
-
- Nabízí vynikající tažnost a svařitelnost.
- Pro dosažení pevnosti v tahu vyžadují minimální tepelné zpracování 400-550 MPa.
- Dobře poslouží v tělech ventilů, příruby, a armatury pro všeobecné použití.
- Středně uhlíkové oceli (0.25–0,60 %C):
-
- Vyvažte sílu a houževnatost, s pevností v tahu 500–650 MPa.
- Dobře reagujte na zhášení & zmírnit, dosažení tvrdosti až HRC 35–40.
- Běžně se zalévá do těles čerpadla a konstrukčních konzol.
- Vysoce uhlíkové oceli (> 0.60 %C):
-
- Dodejte pevnost v tahu výše 900 MPA po tepelné úpravě.
- Vyviňte karbidové sítě pro výjimečnou odolnost proti opotřebení.
- Ideální pro řezné nástroje, opotřebení plechů, a silně zatížené komponenty.
4. Proces investičního lití přizpůsobený uhlíkovým ocelím
Voskový vzor & Gating Design
Inženýři navrhují vtokové systémy, které přivádějí ocel řízenou rychlostí, minimalizace tepelného šoku.
Voskové formy pracují při 65–75 °C, a brány se zvětší o 20 % vzhledem k hliníkovým odlitkům, aby byla zachována rychlost plnění.
Keramické skořepinové systémy
Slévárny se střídají zirkon a oxid hlinitý – křemičitan kaše, stavební pláště 12–20 mm.
Tato kombinace poskytuje mimořádnou žáruvzdornost 1 700 °C a propustnost pro expanzi odvětrávaných plynů.
Odvoskování & Shell Burnout
Odvoskování v autoklávu při 150 °C odstraňuje sypký vosk. Další, pece rampa u 2 °C/min až 900 ° C., držení po dobu 4–6 hodin. Tento pomalý cyklus zabraňuje praskání skořápky při spálení všech organických látek.
Tavení oceli & Nalévání
Indukční pece zahřívají do 1 550 ± 10 ° C., zajištění 5 % přehřátí. Slévárny používají pro snížení turbulencí lití s naklápěcí pánví nebo vakuem; malé odlitky vyplní 30–60 s, větší za 2–3 min.
Odstranění skořápky & Povrchové úpravy
Po 4–8 hodinách chlazení, posádky mechanicky setřásly granáty, poté povrchy otryskáte na Ra 1,6–3,2 µm. Automatické brusky odstraňují brány.
Tepelné zpracování
Uhasit od 900 °C do oleje nebo vody, pak temperovat na 600 ° C pro 2 Hodiny. Tento cyklus poskytuje pevnost v tahu odpovídající tvářeným protějškům (400–900 MPa) a upravuje tvrdost na HRC 20–55.
5. Mechanický & Fyzikální vlastnosti
| Vlastnictví | Low-C | Med-C | High-C |
|---|---|---|---|
| Pevnost v tahu (MPA) | 400–550 | 500–650 | ≥900 |
| Výnosová síla (MPA) | 250–350 | 300–450 | 700–850 |
| Prodloužení (%) | 20–25 | 15–20 | 2–5 |
| Tvrdost (HRC) | 15–20 | 25–35 | 45–55 |
| Ovlivnit houževnatost (J, Charpy) | 40–60 | 30–50 | 10–20 |
| Tepelná vodivost (W/m · k) | 30–45 | 28–40 | 25–35 |
| Rozšíření (10⁻⁶/K) | 11–13 | 12–14 | 12–14 |
6. Odolnost odlitků z uhlíkové oceli proti korozi
Korozní charakteristiky uhlíkových ocelí
Uhlíková ocel je při vystavení vlhkosti náchylná k oxidaci a rezivění, kyslík, a korozivní činidla, jako jsou kyseliny, soli, a průmyslové znečišťující látky.
Typické rychlosti koroze v atmosférickém prostředí (NAPŘ., městské nebo námořní) pro nechráněnou uhlíkovou ocel rozsah mezi 0.02–0,2 mm/rok, v závislosti na závažnosti expozice.
Povrchové úpravy a ochranné nátěry
Pro zvýšení trvanlivosti a odolnosti proti korozi, odlitky z uhlíkové oceli se často potahují nebo upravují. Mezi běžné metody patří:
- Galvanizace (Žárový zinkový povlak)
Nabízí katodickou ochranu a je široce používán ve strukturálních a venkovních aplikacích. Zinek přednostně koroduje, stínění ocelového podkladu. - Fosfátové povlaky
Používá se jako předúprava pro lakování nebo pro aplikace odolné proti opotřebení. Zvyšuje přilnavost laku a poskytuje mírnou ochranu proti korozi. - Práškový povlak nebo Malování
Epoxidové nebo polyuretanové nátěry se často používají pro průmyslová zařízení a spotřební zboží ke zlepšení estetiky a bariérové ochrany. - Elektroplatování (NAPŘ., Zinek, Nikl)
Vhodné pro malé a přesné součástky. Poskytuje hladké, jednotné povrchy odolné proti korozi. - Polymerové obložení nebo pryžový povlak
Používá se ve vysoce korozivních prostředích, jako je chemické zpracování nebo aplikace na úpravu vody.
7. Proč investiční lití z uhlíkové oceli
Volba přesného lití z uhlíkové oceli poskytuje bezkonkurenční výhody, když je aplikace vyžadují komplexní geometrie, těsné tolerance, a robustní mechanický výkon.
Níže, nastíníme hlavní důvody, proč inženýři a osoby s rozhodovací pravomocí upřednostňují tento proces:
Výjimečné detaily a přesnost
Investiční lití reprodukuje jemné rysy – podříznutí, Tenké stěny (dolů k 2 mm), a ostré rohy – v jediném nalití.
V důsledku toho, dosáhnete rozměrové tolerance až ±0,1 mm a povrchové úpravy až do Ra 0.8 µm, řezání sekundárním obráběním až o 60 %.
Flexibilita slitiny napříč rozsahy uhlíku
Ať už potřebujete nízkouhlíkové třídy (A216 WCB) pro tělesa ventilů odolná korozi, středně uhlíkové oceli (A297) pro tělesa čerpadel,
nebo slitiny s vysokým obsahem uhlíku (A11540) pro díly odolné proti opotřebení, Investiční odlévání jim všem vyhovuje.
V důsledku toho, zachováte konzistentní parametry procesu a zároveň přizpůsobíte mechanické vlastnosti – od 400 MPa pevnost v tahu do konce 900 MPA.
Komplex, Near-Net-Shape Production
Odstraněním jader a spojů, lití na vytavitelné odlévání konsoliduje sestavy do jednotlivých součástí – snižuje množství svarů, upevňovací prvky, a únikové cesty.
Například, těleso ventilu pro ropné pole, které dříve vyžadovalo čtyři kusy odlévané do písku, nyní vychází jako jeden bezešvý odlitek, sekání montážní práce tím 50 % a zlepšení spolehlivosti.
Vysoká výtěžnost a materiálová účinnost
Pečlivý design skořepiny a kontrolované rychlosti nalévání minimalizují pórovitost smršťování, řízení výtěžky prvního průchodu výše 90 %.
Navíc, optimalizace vtoků a stoupaček snižuje spotřebu oceli 15 % ve srovnání s litím do písku, snížení nákladů na suroviny a zmetkovitosti.
Efektivita nákladů pro nízké až střední objemy
I když nástroje pro voskové raznice a keramické skořepiny (USD 15 000–50 000) převyšuje lití do písku, break-even často dochází při 1 000–5 000 dílů za rok.
Naopak, kování nebo obrábění takových složitých tvarů vyžaduje mnohem vyšší náklady na díl a delší dodací lhůty.
Strategické průmyslové aplikace
Průmyslová odvětví jako např olej & plyn, výroba energie, automobilový průmysl, a těžké vybavení spolehnout se na vytavitelné odlitky z uhlíkové oceli pro kritické součásti – těla ventilů, výfuková kolena turbíny, spojky,
protože metoda vyvažuje výkon, spolehlivost, a obrat.
8. Aplikace odlitků z uhlíkové oceli
Olej & Plynárenský průmysl
- Tělesa ventilů a pohony
- Potrubní spojky a spojky
- Tělesa vysokotlakých čerpadel
- Příruby, lokty, a komponenty řízení toku
Výroba energie
- Skříně parních turbín
- Čerpadlo a oběžné kolo
- Komponenty převodovky
- Výfukové difuzory
Těžké stroje a průmyslová zařízení
- Pouzdra na převodovky
- Podpěry ložisek
- Konektory a držáky podvozku
- Díly odolné proti opotřebení
Automobilový průmysl a přeprava
- Závěsná ramena a držáky
- Držáky motoru
- Komponenty řízení a táhla
- Části brzdového systému
- Spřáhla a kování pro železniční vozy
Zemědělský & Off-Highway vybavení
- Držáky pluhu
- Součásti hydraulického válce
- Zvedací háky a okovy
- Části rámu
Obrana & Válečný
- Pouzdro pro výzbroj
- Spouštěcí mechanismy
- Součásti taktických vozidel
- Konstrukční držáky a držáky
Námořní průmysl
- Palubní kování
- Nosné konstrukce motoru
- Pouzdra navijáků
Konstrukce & Strukturální hardware
- Jeřábové komponenty
- Výztužné konektory
- Držáky výtahu
- Výztužné spojky
Nástroje a přípravky
- Obráběcí přípravky
- Svařovací polohovadla
- Robotická ramena a uchopovací nástroje
9. Typické třídy uhlíkové oceli používané při investičním lití
Níže je uveden seznam typických tříd uhlíkové oceli běžně používaných při přesném lití (Investiční obsazení),
Pokrývá různé mezinárodní standardy, což je vhodné pro globální výrobní společnosti, na které se mohou odvolávat a vybírat:
| Norma & Stupeň | Obsah uhlíku (C) | Pevnost v tahu (MPA) | Typické aplikace |
|---|---|---|---|
| ASTM A216 WCB | 0.17% Max | 415–485 | Ventily, čerpadla, příruby, obecné tlakové aplikace |
| ASTM A352 LCB | 0.20% Max | 485–620 | Nízkoteplotní tlakové systémy |
| ASTM A105 | 0.35% Max | 485–655 | Padělané příruby, armatury, tlakové nádoby |
| Astm aisi 1020 | 0.18–0,23 % | 395–510 | Díly stroje, hřídele, Automobilové komponenty |
| Astm aisi 1030 | 0.28–0,34 % | 450–600 | Konstrukční tyče, kolejnicové desky, klikové hřídele |
| Astm aisi 1045 | 0.43–0,50% | 570–750 | Rychlostní stupně, nápravy, šrouby, klikové hřídele |
| Astm aisi 1055 | 0.50–0,60 % | 610–830 | Řetězová kola, pouzdra, ruční nástroje |
| Astm aisi 1080 | 0.75–0,88 % | 720–880 | Prameny, čepele, díly odolné proti opotřebení |
| A C22 (1.0402) | ~0,22 % | 400–500 | Automobilové výkovky, stavební zařízení |
| EN C45 (1.0503) | ~0,45 % | 570–800 | Hřídele, vřetena, vačky |
| DIN GS-C25 | ~ 0,25% | 450–600 | Obecné strojírenské díly |
| POUZE S25C | ~ 0,25% | 440–580 | Výkovky, páky, vazby |
| HE S45C | ~0,45 % | 570–800 | Části převodovky, rychlostní stupně |
| GB 25# | ~ 0,25% | 450–600 | Zemědělské stroje, Automobilové komponenty |
| GB 45# | ~0,45 % | 570–750 | Vysoce pevné konstrukční díly |
10. Závěr
Vytavovací lití z uhlíkové oceli překlenuje umění a vysokoteplotní metalurgii, dodání dílů, které se kombinují komplexní geometrie, těsné tolerance, a robustní mechanický výkon.
Vysoké náklady na nástroje a citlivost procesu představují výzvy, pokroky v materiálech pláště a digitální monitorování zkracují dodací lhůty a vady.
Výběrem správné třídy oceli, optimalizace vtokových a skořepinových systémů, a použití vhodných tepelných úprav,
výrobci mohou využít investiční lití ke splnění nejnáročnějších požadavků na energii, stroje, a dopravu.
TENTO Technologie je přední čínský výrobce specializující se na odlévání uhlíkové oceli, nabízí komplexní řešení zpracování kovů na míru pro různé průmyslové aplikace.
S více než dvěma desetiletími zkušeností, TENTO se etablovala jako spolehlivý partner pro klienty hledající vysokou přesnost, komponenty odlévané na zakázku.
Časté časté
Jaké jsou typické tolerance dosažitelné s vytavitelným litím z uhlíkové oceli??
Investiční lití obvykle dosahuje rozměrových tolerancí ±0,10 mm pro malé prvky a až ±0,5 mm pro větší prvky, v závislosti na složitosti a velikosti součásti.
Jak pevné jsou vytavitelné odlitky z uhlíkové oceli?
V závislosti na jakosti a tepelném zpracování, pevnost v tahu se pohybuje od 400 MPa až přes 900 MPA. Uhlíkové oceli lze kalit, aby se zlepšila odolnost proti opotřebení a únavová životnost.
Je nutné tepelné zpracování po odlití?
Ano, ve většině případů. Tepelné úpravy jako normalizace, žíhání, nebo kalení a temperování se používají ke zlepšení mechanických vlastností a zmírnění vnitřního pnutí.
Jaké jsou úrovně povrchové úpravy uhlíkové oceli lité na vytavitelné účely?
Investičním litím lze dosáhnout povrchových úprav Ra 3,2–6,3 µm, výrazně hladší než lití do písku a často přijatelné bez dalšího obrábění.
Lze odlévat složité geometrie a vnitřní prvky?
Ano. Investiční lití umožňuje téměř síťový tvar výroba složitých geometrií, včetně podříznutí, jemné detaily, a tenké stěny—často eliminuje potřebu svařování nebo montáže.
