Proces lití ztraceného vosku

1. Zavedení

Ztracený vosk (investice) obsazení převádí přesné obětní vzory – tradičně voskové – na kovové části prostřednictvím keramického pláště.

Jeho hlavní silné stránky jsou: Vynikající povrchová úprava, vysoká dimenzní přesnost, a schopnost odlévat složité geometrie a vysoce výkonné slitiny.

Procesní varianty (třídy vosku, skořápková chemie a jádrové metody) Nechte inženýry, aby vyrovnali cenu versus věrnost a vybrali si cesty, které fungují pro nerezové oceli, slitiny mědi, žehličky, a — se zvláštními opatřeními — superslitiny titanu a niklu.

2. Proces lití ztraceného vosku

Typická sekvence (vysoká úroveň):

1. Vzor: vyrobit vosk (nebo slévatelná pryskyřice) vzor(s) — jeden kus nebo strom/svazek.
2. Shromáždění: připojte vzory k běžcům/bráně a vytvořte shluk.
3. Investovat / sestavení skořepiny: ponořením do pojivové kaše + štuk; opakujte pro vytvoření shellu.
4. Lék / schnout: gel a částečně suché skořápky mezi vrstvami; konečné sušení.
5. Odvoskovat: odstranit vosk (zapařit nebo roztavit).
6. Vyhoření / střelba: rampa pro spalování organických látek a stabilizaci pláště.
7. Nalít: roztavte a nalijte kov do předehřáté skořápky.
8. Shakeout & čištění: odstranit skořápku, řezané brány, čistý.
9. Post-process: tepelná úprava, HIP (v případě potřeby), obrábění, povrchová úprava, inspekce.

3. Vzorové materiály: nízký-, střední-, a vysokoteplotní vosky

Poznámky & vedení

• Vyberte vosk podle velikosti dílu, životnost nástroje a očekávaná sekvence skořepiny/sestavení. Nízkoteplotní vosk je skvělý pro jemné detaily a malé objemy, ale trpí tečením při dlouhých cyklech nebo teplých prostorách obchodů.
  Střední teplota je tahoun pro strojírenské odlévání. Vysokoteplotní vosky (a uměle vytvořené modelové polymery) se používají tam, kde manipulace nebo dlouhá skořepina vytváří riziko deformace.
• Vzorové přísady: změkčovadla, stabilizátory, látky zlepšující tekutost a barviva ovlivňují chování při vstřikování, zbytky odparasku a vývin plynu z vyhoření – specifikujte složení schválené slévárenstvím.

4. Výroba vzorů: nástroje, vstřikovací vosk, a aditivní vzory

• Vstřikování: ocelové/hliníkové raznice na vosk — nízké náklady na kus při objemu s vysokou kvalitou povrchu. Rozsah nákladů na nástroje závisí na složitosti.
• 3D tištěné vzory litého vosku/pryskyřice: SLA, DLP, tiskárny s tryskáním materiálu nebo slévatelným voskem eliminují nástroje pro prototypy a malé série.
  Moderní slévatelné pryskyřice čistě odvoskují a blíží se kvalitě povrchu injektážního vosku.
• Návrh stromového a vtokového vzoru: Uspořádejte vzory na centrálním vtokovém kanálu pro účinné nalévání a krmení; včetně obětních nálitků pro smršťovací krmivo.
  Použijte simulaci pro vtokovou a krmnou rovnováhu pro velké shluky.

5. Shell Systems: Oxid křemičitý, Vodní sklo, a hybridní skořápky

Systém skořepiny je jedinou nejdůležitější proměnnou, která určuje věrnost povrchu, tepelný odpor, propustnost/odvětrávání, vakuová kompatibilita a vhodnost slitin při lití do ztraceného vosku.

V moderních obchodech se používají tři praktické rodiny:

• Oxid křemičitý (koloidní oxid křemičitý) skořápky — prémie, hi-fi trasa.
• Vodní sklo (křemičitan sodný) skořápky — ekonomické, robustní trasa pro větší / ocelové/železářské práce.
• Hybridní skořápky — spojit pokutu, chemicky odolný vnitřní nátěr (oxid křemičitý nebo zirkon) s vnějšími vrstvami vodního skla pro vyvážení nákladů a výkonu.

Skořápky křemičitého solu (koloidní oxid křemičitý)

Co to je a jak to funguje

Skořápky silika-sol používají a koloidní suspenze submikronových částic oxidu křemičitého jako pojivo.

První nátěry (velmi jemné mytí) použijte koloid k přenášení ultrajemného štuku, který zaznamenává detaily; následné vrstvy vytvářejí tloušťku a jsou konsolidovány sušením a vysokoteplotním vypalováním (slinování) která produkuje husté, silné skořápky.

Klíčové vlastnosti:

• Povrchová věrnost: nejlépe dostupné — as-cast Ra běžně ~0,6–3 µm s jemným mytím.
• Tepelná stabilita / střelba: skořepiny lze zpevnit na 600–1 000 °C (praxe v obchodě se liší podle štuku). Vysokoteplotní výpal zvyšuje pevnost pláště a odolnost proti tepelným šokům.
• Vakuová/inertní kompatibilita:vynikající — Skořápky křemičitého solu jsou kompatibilní s vakuem a litím v inertní atmosféře a jsou obvyklou volbou pro titan, superslitiny niklu a kobaltu.
• Kontrola propustnosti: lze vyladit štukovým tříděním a vypalováním, aby bylo zajištěno řízené odvětrávání pro vysokou hodnotu, těsné odlitky.
• Citlivost na znečištění:vysoký — koloidní stabilita je narušena iontovou kontaminací (soli, kovové pokuty) a organické látky; kejda a čistota rostlin jsou rozhodující.
• Typický první nátěr štuk: pod 10 um tavený oxid křemičitý, zirkon nebo oxid zirkoničitý pro reaktivní rozhraní.
• Typické případy použití: součásti leteckých turbín, Supermiony, vakuově litý titan, lékařské implantáty, přesné malé díly.

Skořápky z vodního skla (křemičitan sodný)

Co to je a jak to funguje

Skořápky vodního skla používají an vodný sodík (nebo draslík) silikátový roztok jako pojivo.

Nanáší gel na síť podobnou oxidu křemičitému plynováním CO₂ nebo chemickými tužidly (kyselé soli), vytváří tuhý keramický plášť v kombinaci s tříděným žáruvzdorným štukem.

Klíčové vlastnosti:

• Povrchová věrnost: dobré pro všeobecné strojírenství – typicky jako odlitek Ra ~2,5–8 µm v závislosti na praní a štuku.
• Střelba: obvykle stabilizovaný na ~400–700 °C; slupky nejsou slinovány ve stejném rozsahu jako systémy oxid křemičitý.
• Kompatibilita s vakuem:omezený — není ideální pro vakuové/inertní lití nebo nejreaktivnější slitiny.
• Propustnost / odvětrávání: obecně dobré pro oceli/železa; propustnost má tendenci být hrubší než optimalizované obaly silika-solů.
• Způsob vytvrzování:plynování CO₂ (rychlé gelovatění) nebo kyselá tužidla — rychle, robustní sada na dílně.
• Citlivost na znečištění: střední – iontová kontaminace ovlivňuje tuhnutí a stejnoměrnost gelu, ale vodní sklo je obecně tolerantnější než silikasol.
• Typický první nátěr štuk: jemný tavený oxid křemičitý; pro lepší ochranu povrchu lze použít zirkon.
• Typické případy použití: tělesa ventilu, Čerpadlo, velké ocelové/železné díly, námořní hardware, všeobecné průmyslové odlitky.

Hybridní skořápky (vnitřní vrstva oxidu křemičitého nebo zirkonu + vnější nátěry z vodního skla)

Co to je a jak to funguje

Společný ekonomický kompromis: A prémiový vnitřní kabát (silika-sol nebo zirkon/zirkonový mycí prostředek) se aplikuje jako první, aby zachytil detail a vytvořil chemicky odolnou bariéru, pak vnější nátěry z vodního skla jsou konstruovány tak, aby poskytovaly objemovou pevnost při nižších nákladech.

Klíčové vlastnosti:

• Povrchová věrnost & chemická bariéra: vnitřní křemičitý sol/zirkon poskytuje kvalitu povrchu blízko křemičitému solu a pomáhá předcházet reakcím kov-skořápka na rozhraní kovu.
• Náklady & zacházení: vnější vrstvy vodního skla snižují celkovou spotřebu křemičitého solu a činí plášť robustnějším pro manipulaci a velké rozměry.
• Kompatibilita s vakuem: vylepšené vs čisté vodní sklo (díky vnitřnímu kabátu) ale stále nejsou tak ideální jako plné pláště ze silikátového solu – užitečné pro mnoho nerezových a některé slitiny niklu, pokud je řízena teplota tání/lití.
• Typické použití: tělesa ventilů s vysoce kvalitními smáčenými povrchy, části turbín střední hodnoty, kde je potřeba určitá vakuová kompatibilita, aplikace, kde musí být poměr cena/výkon vyvážený.

6. Základní technologie

• Rozpustná jádra (vosková nebo polymerová jádra připravená k rozpuštění): vytvářet vnitřní průchody (chladicí kanály); odstranit horkou vodou nebo rozpouštědlem.
• Keramická jádra vypálená pojivem (oxid křemičitý, oxid hlinitý, zirkon): stabilní při vysokých teplotách pro superslitiny; vyžadují kompatibilitu shell-core.
• 3D-tištěná jádra: Keramická jádra pojiva-jet nebo SLA umožňují složité vnitřní geometrie bez použití nástrojů.

Návrh jader musí brát v úvahu podporu jádra, odvětrávání, tepelná roztažnost a chemická kompatibilita s roztaveným kovem.

7. Odvoskování, vyhoření & střelba granátem – praktické plány a kontrolní body

Odvoskování

• Parní/autoklávový vosk: běžné pro běžné voskovky. Typická povrchová teplota 100–120 °C; minuty až hodiny cyklu v závislosti na objemu vosku a velikosti stromu.
• Termální vosk / tavenina rozpouštědla: používané pro některé polymery – použijte regeneraci rozpouštědla a kontroly.

Vyhoření / rozvrh vyhoření (typický technický příklad)

• Rampa: zpomalte na 100–200 °C, abyste odstranili zbytky vlhkosti/vosku (≤3–5 °C/min doporučeno pro silné skořepiny, aby se zabránilo tvorbě puchýřů páry).
• Držet 1: 150–250 ° C. (1–4 hodin) k odhánění nízkovroucích organických látek.
• Rampa 2: ~3 °C/min až 350–500 °C.
• Konečné držení: 4–8 hodin při 350–700 °C v závislosti na systému pláště a slitině. Skořápky křemičitého solu lze vypálit na 600–1000 °C pro slinování/pevnost; skořepiny vodního skla běžně stabilizované na 400–700 °C.
• Klíčové ovládací prvky: rychlost rampy, dostupnost kyslíku (vyhněte se nadměrné oxidaci reaktivních kovových obalů), a úplné odstranění organických látek, aby se zabránilo vývoji plynu během lití.

Před naléváním se skořápka předehřeje: skořepina se předehřeje na 200–800 °C v závislosti na slitině, aby se minimalizoval tepelný šok a zlepšil se tok kovu; NAPŘ., nerezové výlisky běžně předehřejte na 200–450 °C; superslitiny vyžadují vyšší v závislosti na plášti.

8. Nalévání: tavná praxe, možnosti vakua/inertnosti a parametry nalévání

• Tavicí pece: indukce nebo odpor; odplynění/filtrace a tavení pro čistotu.
• Pro teploty (typický):

• • Hliníkové slitiny: 650–720 °C
  • Slitiny mědi: 1000–1200 °C
  • Oceli: 1450–1650 °C
  • Niklové superslitiny: 1400–1600+ °C (závislé na slitině)

• Vakuové a inertní lití: povinné pro titan a vysoce reaktivní slitiny; vakuum snižuje oxidaci a reakce kov-shell.
• Pro módu: gravitační lití vs. spodní nalévací pánev vs vakuum – zvolte minimalizaci turbulence a strhávaných plynů. Použijte filtry v hradlování pro kontrolu zahrnutí.

9. Materiály běžně lité & zvláštní ohledy

• Nerezové oceli (300/400, Duplex): dobré jak s vodním sklem & Oxid křemičitý; kontrola propustnosti skořepiny a konečné předehřátí.
• Uhlík & nízkolegované oceli, tažné železo: dobře se hodí pro skořepiny vodního skla; dávejte pozor na tvorbu kotelního kamene a erozi pláště při vysokých energiích lití.
• Slitiny mědi (bronz, S námi): společný; kontrolujte přehřátí, abyste zabránili mytí skořápky.
• Hliníkové slitiny: možné, ale často levnější jinými metodami odlévání; zajistit odvětrávání/propustnost.
• Titan & Ty slitiny: reaktivní — preferujte skořápky křemičitého solu, první nátěry zirkon/oxid hlinitý, vakuové taje, a inertní atmosféry. Vyhněte se vodnímu sklu, pokud nejsou použity bariérové ​​vrstvy a speciální kontroly.
• Nikl & kobaltové superslitiny: použijte skořápky křemičitého solu, vysokoteplotní vypalování a vakuová/inertní manipulace tam, kde je to potřeba.

10. Typické rozměrové, povrchové a toleranční schopnosti

• Rozměrová tolerance (typický as-cast): ±0,1–0,3 % jmenovitého rozměru (NAPŘ., ±0,1–0,3 mm zapnuto 100 Funkce MM).
• Povrchová úprava (Ra jako obsazení): silika-sol ~0,6–3,2 µm; vodní sklo ~2,5–8 µm.
• Přídavek na lineární smrštění: ~1,2–1,8 % (slitina & slévárna specifikovat přesně).
• Minimální praktická tloušťka stěny: šperky/mikrodíly: <0.5 mm; strojírenské díly: 1.0– Typicky 1,5 mm; konstrukční tlustší části běžné.
• Opakovatelnost: správná slévárenská praxe poskytuje ±0,05–0,15 % run-to-run na kritických datech.

11. Běžné závady, základní příčiny a nápravy

12. Procesy po odlévání

• Shakeout & odstranění keramiky: mechanické nebo chemické metody.
• Tepelné zpracování: roztoková léčba, stárnutí (T6), žíhání — závislé na slitině. Typické teploty roztoku: Al slitiny ~520–540 °C; oceli vyšší.
• Izostatické lisování za tepla (HIP): snižuje vnitřní smršťovací porozitu u dílů citlivých na únavu; typické cykly HIP závisí na slitině (NAPŘ., 100–200 MPa a 450–900 °C).
• Obrábění & dokončení: kritické otvory, těsnicí plochy opracované na toleranci; leštění, pasivace nebo nátěr aplikovaný podle potřeby.
• Ndt & testování: hydrostatický, tlak, zkoušky těsnosti, RTG/CT, ultrazvukové, barvivo-penetrant, mechanické testování podle spec.

13. Řízení procesů, inspekce & kvalifikace

• Nakupujte metriky kontroly kvality: suspenzní pevné látky, viskozita, gelový čas, křivky trouby, odvoskovat polena, grafy vyhoření, chemie taveniny a odplyňovací protokoly.
• Vzorové kupony: tahové, tvrdost & metalografické kupóny odlévané ve vstřikování pro reprezentativní mikrostrukturu a mechanické vlastnosti.
• NDT odběr vzorků: radiografie a CT skenování pro kritické komponenty; specifikovat úrovně přijatelnosti pro poréznost (obj. % nebo maximální velikost defektu).
• Statistické řízení procesu (Spc): použít na kritické vstupy (promývat pevné látky, Tloušťka skořepiny, roztavit vodík) a výstupy (rozměrová variace, pórovitost se počítá).

14. Časté mylné představy & Upřesnění

„Odlévání ztraceného vosku je určeno pouze pro vysoce přesné díly“

Falešný. Odlévání ztraceného vosku na bázi vodního skla je nákladově efektivní pro středně přesné díly (±0,3–0,5 mm) - 40% automobilových odlitků ze ztraceného vosku tuto variantu používají.

„Nízkoteplotní vosk je horší než vosk se střední teplotou“

Kontextově závislé. Nízkoteplotní vosk je levnější a vhodný pro nízkou přesnost, velkoobjemové díly (NAPŘ., železářské zboží) — středněteplotní vosk je nutný pouze pro užší tolerance.

„Silica Sol je vždy lepší než vodní sklo“

Falešný. Vodní sklo je o 50–70 % levnější a rychlejší pro středně přesné aplikace – křemičitý sol je oprávněný pouze pro letecké/lékařské díly vyžadující toleranci ±0,1 mm.

„Odlévání ztraceného vosku má vysokou míru zmetkovitosti“

Falešný. Odlitek ze ztraceného vosku Silicasol má zmetkovitost 2–5 % (srovnatelné s tlakovým litím) — vodní sklo má 5–10 % (stále nižší než u lití do písku o 10–15 %).

„3D tisk dělá lití ztraceného vosku zastaralým“

Falešný. AM je ideální pro prototypy/nízký objem, ale lití do ztraceného vosku je 5–10x levnější pro střední až vysoký objem (>1,000 díly) a manipuluje s většími díly (až do 500 kg).

15. Závěr

Proces odlévání ztraceného vosku zůstává prvotřídní metodou pro výrobu komplexu, vysoce věrné kovové komponenty.

Když spárujete vpravo vzorový materiál, chemie skořápky a praxe tání/atmosféry s disciplinovaným řízením procesu, lití do ztraceného vosku spolehlivě vytváří díly, které by byly jinými prostředky obtížné nebo nemožné.

Moderní vylepšení (3D tištěné vzory, hybridní skořápky, vakuové lití a HIP) rozšířit proces na nové slitiny a aplikace – ale také zvyšují potřebu pečlivé specifikace, testování a QA.

 

Časté časté

Jaký systém skořepiny zvolit pro titan?

Oxid křemičitý (s prvním nátěrem zirkon/oxid hlinitý) + vakuové/inertní tavení a lití. Vodní sklo je bez rozsáhlých bariérových opatření obecně nevhodné.

Jak jemné mohou být vlastnosti s litím do ztraceného vosku?

Funkce <0.5 mm jsou možné (šperky/preciznost); ve strojírenských částech cílit na ≥1 mm na robustnost, pokud nebude prokázána zkouškami.

Typická povrchová úprava, kterou mohu očekávat?

Oxid křemičitý: ~0,6–3,2 µm Ra; vodní sklo: ~2,5–8 µm Ra. Jemné mytí a leštění voskových forem zlepšuje konečnou úpravu.

Kdy se doporučuje HIP?

Pro kritickou únavu, tlak-obsahující, nebo letecké části, kde musí být minimalizována vnitřní pórovitost – HIP může dramaticky zlepšit únavovou životnost.

Mohu použít 3D tištěné vzory místo voskových nástrojů?

ano — lité pryskyřice a tištěný vosk zkracuje dobu výroby nástrojů a náklady na prototypy/nízké objemy. Zajistěte, aby byly ověřeny vlastnosti pryskyřičného vosku a kompatibilita s pláštěm.