1. परिचय
Investment casting—also known as the lost‑wax process—extends far beyond steel and nickel alloys.
It thrives in the copper‑alloy world, जटिल ज्यामितियों के लिए बेजोड़ परिशुद्धता प्रदान करना.
कॉपर-मिश्र धातु निवेश कास्टिंग सिरेमिक मोल्डों की डिजाइन स्वतंत्रता के साथ तांबे के थर्मल और विद्युत लाभों को जोड़ती है.
फलस्वरूप, निर्माताओं में इलेक्ट्रानिक्स, तेल & गैस, वास्तु, और समुद्री कठोर प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए क्षेत्र इन कास्टिंग पर भरोसा करते हैं.
इसके अतिरिक्त, लघु विद्युत घटकों और संक्षारण प्रतिरोधी हार्डवेयर की बढ़ती मांग वैश्विक बाजार के विकास को गति दे रही है, पर प्रक्षेपित किया गया 5.2 % सीएजीआर के माध्यम से 2029.
2. What Is Copper‑Alloy Investment Casting?
तांबे की मिश्र धातु में धातु - स्वरूपण तकनीक, एक मोम या 3डी-मुद्रित पॉलिमर पैटर्न अंतिम भाग की नकल करता है. गेटिंग ट्री पर पैटर्न जमा करने के बाद, तकनीशियन उनके चारों ओर एक सिरेमिक खोल बनाते हैं.
एक बार खोल ठीक हो जाए, वे मोम को पिघला देते हैं (इसलिए "खोया हुआ मोम"), खोल को पहले से गरम कर लें, और पिघला हुआ तांबा मिश्र धातु डालें.
जमने के बाद, भंगुर खोल टूट जाता है, एक निकट-जाल-आकार घटक का खुलासा.
यह प्रक्रिया उतनी ही कड़ी सहनशीलता प्राप्त करती है ± 0.1 मिमी और सतह नीचे तक समाप्त होती है आरए 0.8 माइक्रोन, डाउनस्ट्रीम मशीनिंग को कम करना.
3. Copper Alloys Used in Investment Casting
तांबे की मिश्रधातुओं का उपयोग उनकी उत्कृष्ट कास्टेबिलिटी के कारण निवेश कास्टिंग में व्यापक रूप से किया जाता है, संक्षारण प्रतिरोध, तापीय और विद्युत चालकता, और अच्छे यांत्रिक गुण.
इस प्रक्रिया में आमतौर पर उपयोग की जाने वाली तांबा मिश्र धातुओं की मुख्य श्रेणियां यहां दी गई हैं:
कांसे
कांस्य मुख्य रूप से टिन के साथ तांबा मिश्र धातु हैं, हालाँकि आधुनिक कांस्य में एल्यूमीनियम जैसे तत्व भी हो सकते हैं, सिलिकॉन, और फास्फोरस. सामान्य प्रकारों में शामिल हैं:
- फॉस्फोर कांस्य (क्यू-एसएन-पी): उच्च शक्ति के लिए जाना जाता है, प्रतिरोध पहन, और संक्षारण प्रतिरोध. बियरिंग्स के लिए आदर्श, गियर, और समुद्री घटक.
- अल्युमीनियम कांस्य (साथ): उत्कृष्ट शक्ति का प्रदर्शन करता है, संक्षारण प्रतिरोध (विशेषकर समुद्री जल में), और अच्छा पहनने का प्रतिरोध. एयरोस्पेस में उपयोग किया जाता है, समुद्री हार्डवेयर, और वाल्व घटक.
- सिलिकॉन कांस्य (उसके साथ): अच्छी ताकत प्रदान करता है, संक्षारण प्रतिरोध, और फॉर्मेबिलिटी. अक्सर वास्तुशिल्प अनुप्रयोगों और समुद्री फिटिंग में उपयोग किया जाता है.
Brasses
Brasses तांबा-जस्ता मिश्र धातुएं अपनी अच्छी ताकत और उत्कृष्ट मशीनेबिलिटी के लिए जानी जाती हैं.
- पीला पीतल (सीयू-Zn): इसमें उत्कृष्ट कास्टेबिलिटी है और इसका उपयोग सजावटी वस्तुओं के लिए किया जाता है, नलसाजी फिटिंग, और कम लोड वाले यांत्रिक घटक.
- उच्च शक्ति वाले पीतल: इसमें मैंगनीज जैसे अतिरिक्त तत्व शामिल हो सकते हैं, लोहा, या बेहतर यांत्रिक गुणों के लिए एल्यूमीनियम.
Nickel Silvers (Cu-Ni-Zn)
ये निकल और जस्ता के साथ तांबा मिश्र धातु हैं जो दिखने में चांदी के समान होते हैं.
- अच्छे संक्षारण प्रतिरोध की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है, मध्यम शक्ति, और सौंदर्य अपील (उदा।, संगीत वाद्ययंत्र, सजावट का साजो सामान).
फीरोज़ा तांबा (Cu-Be)
बेरिलियम कॉपर एक उच्च प्रदर्शन मिश्र धातु है जो असाधारण ताकत प्रदान करता है, कठोरता, और चालकता.
- सटीक घटकों में उपयोग किया जाता है, जैसे स्प्रिंग्स, कनेक्टर्स, और गैर-स्पार्किंग उपकरण. तथापि, प्रसंस्करण के दौरान स्वास्थ्य संबंधी खतरों के कारण, इसे सावधानीपूर्वक संभालने की आवश्यकता है.
Common Copper Alloy Grades Used in Investment Casting
| मिश्र धातु प्रकार | सामान्य ग्रेड / मानकों | मुख्य रचना | मुख्य गुण | विशिष्ट अनुप्रयोग |
|---|---|---|---|---|
| अल्युमीनियम कांस्य | सी95400 (अल कांस्य), एएसटीएम बी148 | Cu-अल-फ़े | अधिक शक्ति, घिसाव और समुद्री जल प्रतिरोध | पम्प निकाय, वाल्व घटक, समुद्री प्रणोदक |
| सी95500 (निकेल अल कांस्य) | क्यू-अल-नी-फीस | उच्च शक्ति, गर्मी और संक्षारण प्रतिरोध | एयरोस्पेस भाग, भारी मशीनरी घटक | |
| टिन कांस्य | सी83600 (नेतृत्वयुक्त लाल पीतल) | Cu-Sn-Pb-Zn | अच्छी कास्टेबिलिटी, संक्षारण प्रतिरोध | फिटिंग, वाल्व, सजावट का साजो सामान |
| सी90500 (बंदूक धातु) | Cu-Sn-Zn | अधिक शक्ति, थकान प्रतिरोध | भाप/पानी के दबाव घटक | |
| फॉस्फोर कांस्य | सी91000, सी91300 | क्यू-एसएन-पी | प्रतिरोध पहन, संक्षारण प्रतिरोध | गियर, बीयरिंग, वसंत घटक |
| सिलिकॉन कांस्य | सी87500, सी87600 | क्यू-सुरक्षा | अच्छी ताकत और संक्षारण प्रतिरोध | विद्युत कनेक्टर्स, समुद्री हार्डवेयर, कला कास्टिंग |
पीतल |
सी85700 (मैंगनीज पीतल) | Cu-Zn-Mn | अच्छी कास्टेबिलिटी, संक्षारण प्रतिरोध | सजावटी भाग, लाइट-ड्यूटी यांत्रिक घटक |
| सी85800 (उच्च शक्ति पीला पीतल) | Cu-Zn-Fe-अल | अधिक शक्ति, विसंकरण प्रतिरोध | औद्योगिक फिटिंग, वाल्व, पाइपिंग सिस्टम | |
| निकल चाँदी | सी97300, सी97400 | Cu-Ni-Zn | चांदी जैसी शक्ल, संक्षारण प्रतिरोध | सजावट का साजो सामान, संगीत वाद्ययंत्र, सिक्के |
| फीरोज़ा तांबा | सी17200 (एएसटीएम बी196/बी197) | Cu-Be | बहुत उच्च शक्ति, चालकता, गैर चिंगारी | परिशुद्धता उपकरण, कनेक्टर्स, स्प्रिंग्स, तेल & गैस उपकरण |
4. Material Properties of Copper Alloy Castings
यांत्रिक विशेषताएं
| संपत्ति | पीतल (C36000) | अल्युमीनियम कांस्य (सी95400) | कांस्य धारण करना (सी93200) | फीरोज़ा तांबा (सी17200) |
|---|---|---|---|---|
| तन्यता ताकत (एमपीए) | ~345 | ~450 | ~310 | तक 1400 (गर्मी का इलाज किया हुआ) |
| नम्य होने की क्षमता (एमपीए) | ~105 | ~250 | ~160 | ~1100 |
| बढ़ाव (%) | 20-30% | 10-15% | 10-20% | 10-20% |
| कठोरता (मॉडिफ़ाइड अमेरिकन प्लान) | 80-100 | 110-130 | 70-90 | 200-300 |
- लचीलापन: पीतल मिश्रधातुएँ आमतौर पर उत्कृष्ट लचीलापन प्रदान करती हैं, आसान पोस्ट-कास्टिंग मशीनिंग और फॉर्मिंग की अनुमति.
- प्रतिरोध पहन: एल्यूमीनियम कांस्य और असर कांस्य विशेष रूप से उच्च भार के लिए उपयुक्त हैं, बेहतर घिसाव विशेषताओं के कारण कम गति वाले अनुप्रयोग.
- थकान की शक्ति: उच्च थकान प्रतिरोध और स्प्रिंग प्रदर्शन की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों में बेरिलियम कॉपर उत्कृष्टता प्राप्त करता है.
थर्मल & इलेक्ट्रिकल कंडक्टीविटी
ऊष्मीय चालकता:
- शुद्ध तांबा: ~385 डब्लू/एम·के
- पीतल: ~100-150 W/m·K
- पीतल: ~50-70 W/m·K
- फीरोज़ा तांबा: ~100–125 W/m·K
इलेक्ट्रिकल कंडक्टीविटी (जैसा % आईएसीएस):
- शुद्ध तांबा: 100%
- पीतल (C36000): ~28-30%
- पीतल: ~15-20%
- फीरोज़ा तांबा: ~22-25%
संक्षारण प्रतिरोध और पर्यावरणीय स्थायित्व
| पर्यावरण | उपयुक्त मिश्र धातु | नोट |
|---|---|---|
| समुद्री जल | हमारे पास (सी70600), अल्युमीनियम कांस्य (सी95800) | गड्ढों के प्रति उत्कृष्ट प्रतिरोध, दरार, और जैव दूषण |
| औद्योगिक माहौल | पीतल, टिन कांस्य | अच्छा सामान्य वायुमंडलीय प्रतिरोध |
| अम्लीय मीडिया | फॉस्फोर कांस्य, हमारे पास | सल्फ्यूरिक और कार्बनिक अम्लों का प्रतिरोध करता है |
| पेय जल | कम सीसा वाला पीतल (C46400, एनवायरोब्रास®) | आधुनिक लीड नियमों के अनुरूप |
| उच्च-तापमान एक्सपोजर | फीरोज़ा तांबा, सी95400 | ऊंचे तापमान की ताकत और ऑक्सीकरण के लिए उपयुक्त |
5. Pros and Cons of Copper-Alloy Castings
✅ Pros of Copper-Alloy Castings
उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध
- तांबे की मिश्र धातुएँ - विशेष रूप से कांस्य और तांबा-निकल ग्रेड - समुद्री जल में संक्षारण का विरोध करने में उत्कृष्ट हैं, अम्लीय, और औद्योगिक वातावरण.
- समुद्री हार्डवेयर के लिए आदर्श, नलसाजी फिटिंग, और रासायनिक प्रक्रिया घटक.
उच्च तापीय और विद्युत चालकता
- पीतल और शुद्ध तांबा आधारित मिश्र धातुओं में उत्कृष्ट विद्युत चालकता होती है (तक 100% शुद्ध तांबे के लिए IACS).
- तापीय चालकता 100-400 W/m·K के बीच होती है, उन्हें हीट सिंक के लिए आदर्श बनाना, विद्युत कनेक्टर्स, और टर्मिनल.
सुपीरियर कास्टेबिलिटी
- कास्टिंग के दौरान तांबे की मिश्रधातुएं अच्छी तरह प्रवाहित होती हैं, पतली दीवारों के उत्पादन को सक्षम करना, सख्त सहनशीलता के साथ जटिल आकार.
- निवेश कास्टिंग के लिए उपयुक्त, व्यापक पोस्ट-प्रोसेसिंग की आवश्यकता के बिना जटिल डिज़ाइन की अनुमति देना.
Diverse Mechanical Properties
- मुलायम से लेकर, लचीला पीतल (C36000) उच्च शक्ति वाले बेरिलियम तांबे के लिए (सी17200) तन्य शक्ति से अधिक के साथ 1,200 एमपीए.
- एल्यूमीनियम कांस्य उच्च-भार वाले भागों के लिए उत्कृष्ट पहनने के प्रतिरोध और तन्य शक्ति प्रदान करते हैं.
सौंदर्य अपील & Finishability
- पीतल और कांसे के आकर्षक लाल-पीले रंग उन्हें सजावटी के लिए आदर्श बनाते हैं, वास्तु, और कलात्मक अनुप्रयोग.
- अच्छी तरह से पॉलिश करता है और बेहतर सौंदर्यशास्त्र के लिए पेटीना या सुरक्षात्मक कोटिंग स्वीकार करता है.
पुनरावृत्ति & Environmental Benefit
- ताँबा और उसकी मिश्रधातुएँ हैं 100% संपत्तियों के नुकसान के बिना पुन: प्रयोज्य.
- कम सीसा या सीसा रहित पीतल का उपयोग (उदा।, एनवायरोब्रास®) टिकाऊ विनिर्माण प्रथाओं का समर्थन करता है और पेयजल नियमों को पूरा करता है.
⚠️ Cons of Copper-Alloy Castings
Moderate to High Material Cost
- ताँबा, निकल, और टिन अपेक्षाकृत महंगे आधार तत्व हैं.
- फीरोज़ा तांबा, उत्कृष्ट शक्ति और चालकता प्रदान करते हुए, सबसे महंगी तांबा-आधारित मिश्रधातुओं में से एक है.
Lower Strength Compared to Steel
- जबकि अपनी कैटेगरी में मजबूत हैं, तांबे की मिश्र धातुओं में आमतौर पर कार्बन और मिश्र धातु स्टील्स की तुलना में कम तन्यता और उपज क्षमता होती है.
- अत्यधिक भारित या संरचनात्मक घटकों के लिए, अतिरिक्त डिज़ाइन संबंधी विचार आवश्यक हो सकते हैं.
सीमित उच्च तापमान प्रदर्शन
- अधिकांश तांबे की मिश्रधातुएं 300°C से ऊपर ऊंचे तापमान पर नरम हो जाती हैं.
- अपवादों में एल्यूमीनियम कांस्य और बेरिलियम तांबा शामिल हैं, जो मध्यम उच्च तापमान पर यांत्रिक अखंडता बनाए रखते हैं.
Casting Defects Risk
- जैसा कि कई कास्टिंग प्रक्रियाओं के साथ होता है, सरंध्रता, संकुचन, या अगर ठीक से प्रबंधन न किया जाए तो अलगाव हो सकता है.
- अनुभवी फाउंड्री नियंत्रण और पोस्ट-कास्ट निरीक्षण की आवश्यकता है.
Machinability Challenges
- कुछ मिश्र धातुएँ (उदा।, एल्यूमीनियम कांस्य, उच्च टिन कांस्य) कठोर अंतर्धातुओं के कारण मशीन बनाना कठिन हो सकता है.
- उपकरण घिसाव अधिक होता है, और विशेष काटने के उपकरण या तकनीक की आवश्यकता हो सकती है.
6. Applications of Copper-Alloy Castings
समुद्री और अपतटीय
तांबा मिश्र धातु-विशेष रूप से एल्यूमीनियम कांस्य और निकल-एल्यूमीनियम कांस्य-समुद्री जल के क्षरण के प्रति अत्यधिक प्रतिरोधी हैं, जैव अवरोध, और गुहिकायन.
- प्रोपेलर और इम्पेलर
- पंप और वाल्व निकाय
- दस्ता आस्तीन और बीयरिंग
- समुद्री फास्टनरों और पाइप फिटिंग
Plumbing and Fluid Handling
पीतल और सीसे वाली कांस्य कास्टिंग का उपयोग आमतौर पर उनकी मशीनीकरण के कारण प्लंबिंग सिस्टम में किया जाता है, संक्षारण प्रतिरोध, और कम घर्षण गुण.
- नल, वाल्व, और फिटिंग
- पाइप कनेक्टर और कपलिंग
- जल मीटर आवास
- बैकफ़्लो निवारक
विद्युत एवं इलेक्ट्रानिक्स
उनकी उत्कृष्ट विद्युत चालकता के कारण, तांबा आधारित मिश्रधातु का उपयोग विद्युत पारेषण और सिग्नल घटकों दोनों के लिए किया जाता है.
- कनेक्टर्स और टर्मिनल
- बस बार
- सर्किट ब्रेकर और स्विचगियर घटक
- ग्राउंडिंग उपकरण
औद्योगिक मशीनरी
पहनने के लिए उच्च शक्ति वाले तांबे के मिश्र धातुओं का उपयोग किया जाता है- और भारी मशीनरी में लोड-प्रतिरोधी हिस्से.
- गियर और गियर खाली
- झाड़ियाँ और थ्रस्ट वॉशर
- गाइड रेल्स और वेयर प्लेट्स
- ढालना घटक
एयरोस्पेस और रक्षा
एल्यूमीनियम कांस्य और बेरिलियम तांबे का उपयोग एयरोस्पेस और रक्षा में उनकी ताकत के लिए किया जाता है, थकान प्रतिरोध, और गैर-स्पार्किंग गुण.
- लैंडिंग गियर घटक
- संरचनात्मक कोष्ठक
- सटीक कनेक्टर और क्लिप
- गैर-चुंबकीय और स्पार्क-प्रतिरोधी उपकरण
ऑटोमोटिव
कॉपर मिश्र धातु कास्टिंग का उपयोग उन प्रणालियों में किया जाता है जिनमें तापीय चालकता और यांत्रिक शक्ति दोनों की आवश्यकता होती है.
- शीतलन प्रणाली के घटक (उदा।, जल पंप आवास)
- ट्रांसमिशन बुशिंग्स
- ब्रेक पार्ट्स
- इंजन घटक
Decorative and Architectural
Brasses, कांसे, और निकल सिल्वर अपनी उपस्थिति और संक्षारण प्रतिरोध के लिए लोकप्रिय हैं.
- मूर्तियाँ और मूर्तियाँ
- दरवाज़े के हैंडल और हार्डवेयर
- प्रकाश जुड़नार
- ग्रिल्स और गेट्स
तेल और गैस / खनन
गैर चिंगारी, संक्षारण प्रतिरोधी तांबे की मिश्र धातुएं खतरनाक या अपघर्षक वातावरण के लिए आदर्श हैं.
- डाउनहोल उपकरण
- वाल्व और कपलिंग
- गैर-स्पार्किंग हाथ उपकरण
- पंप आवास
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