Postupak lijevanja izgubljenim voskom

1. Uvod

Izgubljeni (ulaganje) lijevanje pretvara točne žrtvene uzorke — tradicionalno voštane — u metalne dijelove putem keramičke ljuske.

Njegove temeljne prednosti su: Izvrsna površinska završna obrada, Točnost visoke dimenzije, i sposobnost lijevanja složenih geometrija i legura visokih performansi.

Varijante procesa (stupnjevi voska, kemija ljuske i metode jezgre) Neka inženjeri razmijene cijenu u odnosu na vjernost i odaberu rute koje rade za nehrđajuće čelike, bakrene legure, glačala, i — uz posebne mjere opreza — superlegure titana i nikla.

2. Postupak lijevanja izgubljenim voskom

Tipičan slijed (visoka razina):

1. Uzorak: napraviti vosak (ili smola koja se može lijevati) uzorak(s) — pojedinačni komad ili stablo/hrpa.
2. Skupština: pričvrstite uzorke na vodilice/uložak kako biste formirali klaster.
3. Ulagati / građa školjke: uronite sklop u kašu veziva + štukature; ponovite za izgradnju ljuske.
4. Lijek / suha: gel i djelomično suhe školjke između slojeva; konačno sušenje.
5. Deparafinacija: ukloniti vosak (na pari ili rastopiti).
6. izgaranje / pucajući: rampa za spaljivanje organskih tvari i stabilizaciju ljuske.
7. Ulijte: rastopiti i uliti metal u prethodno zagrijanu školjku.
8. Shakeout & čišćenje: ukloniti ljusku, cut gates, čist.
9. Naknadni proces: ugrijan, Bok (ako je potrebno), obrada, površinski završetak, inspekcija.

3. Materijali za uzorke: nisko-, srednje-, i visokotemperaturni voskovi

Bilješke & usmjeravanje

• Odaberite vosak prema veličini dijela, vijek trajanja alata i očekivani slijed ljuske/izrade. Vosak na niskim temperaturama izvrstan je za fine detalje i male količine, ali trpi puzanje tijekom dugih ciklusa ili toplih prostorija u trgovini.
  Srednja temperatura je radna snaga za inženjersko lijevanje. Voskovi za visoke temperature (i konstruirani polimeri za uzorke) koriste se tamo gdje rukovanje ili duga školjka stvaraju rizik od izobličenja.
• Dodaci uzorku: plastifikatori, stabilizatori, poboljšivači protoka i bojila utječu na ponašanje ubrizgavanja, ostaci deparafinacije i razvijanje plinova izgaranja—navedite formulacije odobrene od ljevaonica.

4. Izrada uzorka: alatna oprema, injekcijski vosak, i aditivnih uzoraka

• Brizganje: čelični/aluminijski kalupi za vosak — niska cijena po komadu u volumenu s visokom kvalitetom površine. Visina troškova alata ovisi o složenosti.
• 3D otisnuti uzorci od voska/smole koji se mogu lijevati: Sl, DLP, pisači s mlazom materijala ili voštani pisači eliminiraju alate za prototipove i male naklade.
  Moderne lijevane smole čiste deparafinizaciju i približavaju se kvaliteti površine voska za ubrizgavanje.
• Uzorak stabla i dizajn vrata: rasporedite uzorke na središnjem kanalu za učinkovito izlijevanje i hranjenje; uključiti žrtvene uspone za skupljajuću hranu.
  Koristite simulaciju za usmjeravanje i ravnotežu hranjenja za velike klastere.

5. Shell sustavi: Silika-sol, Vodeno staklo, i hibridne školjke

Sustav ljuske je najvažnija varijabla koja određuje vjernost površine, toplinski otpor, propusnost/ventilacija, vakuumska kompatibilnost i prikladnost legure u lijevanju po izgubljenom vosku.

Tri praktične obitelji koriste se u modernim trgovinama:

• Silika-sol (koloidna silika) školjke — premija, ruta visoke vjernosti.
• Vodeno staklo (natrijev silikat) školjke — ekonomičan, robusna ruta za veće / rad od čelika/željeza.
• Hibridne školjke — kombinirati novčanu kaznu, kemijski otporan unutarnji premaz (silika-sol ili cirkon) s vanjskim premazima od vodenog stakla za ravnotežu cijene i performansi.

Silika-sol školjke (koloidni silicij)

Što je to i kako djeluje

Silika-sol školjke koriste a koloidna suspenzija submikronskih čestica silicija kao vezivo.

Prvi slojevi (vrlo fino pranje) koristite koloid za nošenje ultrafine štukature koja bilježi detalje; sljedeći slojevi povećavaju debljinu i učvršćuju se sušenjem i pečenjem na visokim temperaturama (sinterovanje) koji proizvodi gusto, jake školjke.

Ključne karakteristike:

• Površinska vjernost: najbolji dostupni — kao lijevani Ra uobičajeno ~0,6–3 µm s finim pranjem.
• Toplinska stabilnost / pucajući: školjke se mogu konsolidirati na 600–1000°C (dućanska praksa varira s štukaturama). Pečenje na visokim temperaturama povećava čvrstoću ljuske i otpornost na toplinski udar.
• Vakuumska/inertna kompatibilnost:izvrsno — ljuske od silika-sola kompatibilne su s izljevima u vakuumu i inertnoj atmosferi i uobičajeni su izbor za titan, superlegure nikla i kobalta.
• Kontrola propusnosti: može se podesiti ocjenjivanjem štukature i pečenjem kako bi se osigurala kontrolirana ventilacija za visoku vrijednost, uski odljevci.
• Osjetljivost na kontaminaciju:visoka — stabilnost koloida je poremećena ionskom kontaminacijom (soli, metalne kazne) i organski; gnojnica i čistoća postrojenja su kritični.
• Tipični prvi sloj štukature: ispod 10 µm taljenog silicija, cirkon ili cirkonij za reaktivna sučelja.
• Tipični slučajevi upotrebe: komponente zrakoplovne turbine, superlegure, vakuumski izliveni titan, medicinski implantati, precizni mali dijelovi.

Školjke od vodenog stakla (natrijev silikat)

Što je to i kako djeluje

Školjke od vodenog stakla koriste an vodeni natrij (odnosno kalija) silikatna otopina kao vezivo.

Prekriva gel u mrežu sličnu silicijskom dioksidu ispuštanjem plina CO₂ ili kemijskim učvršćivačima (kisele soli), stvarajući krutu keramičku ljusku u kombinaciji s vatrostalnom žbukom.

Ključne karakteristike:

• Površinska vjernost: dobro za opće inženjerstvo — tipično kao lijevani Ra ~2,5–8 µm ovisno o pranju i žbuci.
• Pucanje: obično stabiliziran na ~400–700°C; ljuske se ne sinteruju u istoj mjeri kao sustavi silika-sol.
• Kompatibilnost s vakuumom:ograničeno — nije idealno za vakuumsko/inertno izlijevanje ili najreaktivnije legure.
• Propusnost / odzračivanje: općenito dobar za čelik/željezo; propusnost ima tendenciju biti grublja od optimiziranih ljuski silika-sola.
• Metoda stvrdnjavanja:CO₂ stvaranje plinova (brzo geliranje) ili kiseli učvršćivači — brzo, robustan set na podu trgovine.
• Osjetljivost na kontaminaciju: umjereno — ionska kontaminacija utječe na stvrdnjavanje i ujednačenost gela, ali vodeno staklo općenito je tolerantnije od silika-sola.
• Tipični prvi sloj štukature: fini taljeni silicij; cirkon se može koristiti za bolju površinsku zaštitu.
• Tipični slučajevi upotrebe: tijela ventila, Kućiva pumpe, veliki čelični/željezni dijelovi, morski hardver, opći industrijski odljevci.

Hibridne školjke (silika-sol ili cirkon unutarnji sloj + vanjske kapute od vodenog stakla)

Što je to i kako djeluje

Zajednički ekonomski kompromis: a vrhunski unutarnji kaput (silika-sol ili cirkon/cirkonij ispiranje) prvo se nanosi kako bi se uhvatili detalji i stvorila kemijski otporna barijera, zatim vanjske kapute od vodenog stakla izgrađeni su da daju veliku snagu po nižoj cijeni.

Ključne karakteristike:

• Površinska vjernost & kemijska barijera: unutarnji silika-sol/cirkon daje kvalitetu površine blizu silika-sola i pomaže u sprječavanju reakcija metal-ljuska na metalnoj površini.
• Koštati & rukovanje: vanjske prevlake od vodenog stakla smanjuju ukupnu upotrebu silika-sola i čine školjku robusnijom za rukovanje i velike veličine.
• Kompatibilnost s vakuumom: poboljšano u odnosu na čisto vodeno staklo (zahvaljujući unutarnjem sloju) ali još uvijek nije tako idealno kao ljuske od punog silika-sola — korisno za mnoge nehrđajuće legure i neke legure nikla ako se kontrolira atmosfera taljenja/lijevanja.
• Tipične namjene: tijela ventila s visokokvalitetnim kvašenim površinama, dijelovi turbina srednje vrijednosti gdje je potrebna određena kompatibilnost s vakuumom, aplikacije u kojima cijena i izvedba moraju biti uravnoteženi.

6. Temeljne tehnologije

• Topljive jezgre (voštane ili polimerne jezgre napravljene za otapanje): stvaraju unutarnje prolaze (kanali za hlađenje); ukloniti vrućom vodom ili otapalom.
• Keramičke jezgre pečene vezivom (silicijev dioksid, glinica, cirkon): stabilan na visokim temperaturama za superlegure; zahtijevaju kompatibilnost shell-core.
• 3D-tiskane jezgre: binder-jet ili SLA keramičke jezgre omogućuju složene unutarnje geometrije bez alata.

Dizajn jezgri mora uzeti u obzir potporu jezgre, odzračivanje, toplinsko širenje i kemijska kompatibilnost s rastaljenim metalom.

7. Dewaxing, izgaranje & granatiranje — praktični rasporedi i kontrolne točke

Dewaxing

• Deparafinacija parom/autoklavom: uobičajeno za konvencionalna stabla od voska. Tipična površinska temperatura 100–120 °C; ciklus minuta do sati ovisno o volumenu voska i veličini stabla.
• Toplinski deparafinacija / talina otapala: koristi se za neke polimere—koristite oporavak otapala i kontrole.

izgaranje / raspored izgaranja (tipičan inženjerski primjer)

• Rampa: usporite na 100–200 °C kako biste uklonili ostatke vlage/voska (≤3–5 °C/min preporučuje se za debele školjke kako bi se izbjeglo stvaranje mjehurića od pare).
• Stani 1: 150–250 °C (1– 4 sata) otjerati organske tvari niskog vrelišta.
• Rampa 2: ~3 °C/min do 350–500 °C.
• Konačno držanje: 4–8 sati na 350–700 °C ovisno o sustavu ljuske i leguri. Ljuske od silika-sola mogu se peći na 600–1000 °C radi sinteriranja/čvrstoće; ljuske od vodenog stakla obično stabilizirane na 400–700 °C.
• Ključne kontrole: stopa rampe, dostupnost kisika (izbjegavajte pretjeranu oksidaciju za reaktivne metalne školjke), i potpuno uklanjanje organskih tvari kako bi se izbjeglo razvijanje plina tijekom izlijevanja.

Ljusku prethodno zagrijte prije izlijevanja: prethodno zagrijati ljusku na 200–800 °C ovisno o leguri kako bi se smanjio toplinski šok i poboljšao protok metala; Npr., nehrđajuće izlije obično 200–450 °C prethodno zagrijati; superlegure zahtijevaju više ovisno o ljusci.

8. Ulijevanje: praksa taljenja, vakuum/inertne opcije i parametri izlijevanja

• Peći za taljenje: indukcija ili otpor; otplinjavanje/filtracija i fluksiranje za čistoću.
• Za temperature (tipičan):

• • Aluminijske legure: 650–720 °C
  • Bakrene legure: 1000–1200 ° C
  • Čelici: 1450–1650 °C
  • Superlegure nikla: 1400–1600+ °C (ovisan o leguri)

• Vakuum i inertno izlijevanje: obvezno za titan i visoko reaktivne legure; vakuum smanjuje oksidaciju i reakcije metal-ljuska.
• Za modu: gravitacijsko izlijevanje u odnosu na lonac s donjim izlijevanjem u odnosu na potpomognuti vakuum — odaberite smanjenje turbulencije i uvučenih plinova. Upotrijebite filtre u usmjeravanju za kontrolu uključivanja.

9. Materijali koji se obično lijevaju & posebna razmatranja

• Nehrđajući čelici (300/400, dupleks): dobro s oba vodeno staklo & silika-sol; kontrolirati propusnost ljuske i konačno predgrijavanje.
• Ugljik & niskolegirani čelici, duktilno željezo: dobro odgovara školjkama od vodenog stakla; pazite na stvaranje kamenca i eroziju ljuske pri visokim energijama izlijevanja.
• Bakrene legure (bronza, s nama): zajednički; kontrolirati pregrijavanje kako bi se izbjeglo pranje ljuske.
• Aluminijske legure: moguće, ali često jeftinije drugim metodama lijevanja; osigurati ventilaciju/propusnost.
• Titanijum & Vi legure: reaktivni — preferiraju ljuske silika-sola, cirkon/aluminij prvi slojevi, vakuum topi, i inertne atmosfere. Izbjegavajte vodeno staklo osim ako ne koristite zaštitne premaze i specijalizirane kontrole.
• Nikla & kobaltne superlegure: koristiti silika-sol školjke, pečenje na visokoj temperaturi i rukovanje vakuumom/inertom prema potrebi.

10. Tipična dimenzija, površinske i tolerancijske mogućnosti

• Tolerancija dimenzija (tipično as-cast): ±0,1–0,3% nazivne dimenzije (Npr., ±0,1–0,3 mm uključeno 100 MM značajka).
• Površinska obrada (Ra as-cast): silika-sol ~0,6–3,2 µm; vodeno staklo ~2,5–8 µm.
• Dopušteno linearno skupljanje: ~1,2–1,8% (legura & ljevaonica navesti točan).
• Minimalna praktična debljina stijenke: nakit/mikro dijelovi: <0.5 mm; inženjerski dijelovi: 1.0–1,5 mm tipično; strukturni deblji presjeci čest.
• Ponovljivost: dobra ljevaonička praksa donosi ±0,05–0,15% od serije do serije na kritičnim podacima.

11. Uobičajeni nedostaci, temeljni uzroci i lijekovi

12. Postupci nakon lijevanja

• Shakeout & uklanjanje keramike: mehaničkim ili kemijskim metodama.
• Toplotna obrada: liječenje otopinom, starenje (T6), anneal — ovisno o leguri. Uobičajene temp: Al legure ~520–540 °C; čelici viši.
• Vruće izostatsko prešanje (Bok): smanjuje unutarnju poroznost skupljanja za dijelove osjetljive na zamor; tipični HIP ciklusi ovise o leguri (Npr., 100–200 MPa i 450–900 °C).
• Obrada & završnica: kritične bušotine, brtvene površine obrađene prema toleranciji; poliranje, pasivizacija ili premazivanje prema potrebi.
• NDT & testiranje: hidrostatski, pritisak, ispitivanja nepropusnosti, RTG/CT, ultrazvučni, sredstvo za prodiranje boje, mehaničko ispitivanje po spec.

13. Kontrola procesa, inspekcija & kvalifikacija

• Kupujte QC metrike: kašasta krutina, viskoznost, vrijeme geliranja, krivulje pećnice, dewax trupci, grafikoni rampe izgaranja, kemija taljenja i degazacija.
• Ogledni kuponi: zatezanje, tvrdoća & metalografski kuponi lijevani u gatingu za reprezentativnu mikrostrukturu i mehanička svojstva.
• NDT uzorkovanje: radiografija i CT skeniranje za kritične komponente; specificirati razine prihvatljivosti za poroznost (vol% ili maksimalna veličina defekta).
• Statistička kontrola procesa (Spc): primijeniti na kritične ulaze (oprati čvrste tvari, debljina ljuske, taliti vodik) i izlazi (dimenzionalna varijacija, broji poroznost).

14. Uobičajene zablude & Pojašnjenja

"Lijevanje po izgubljenom vosku samo je za visokoprecizne dijelove"

lažno. Lijevanje izgubljenim voskom na bazi vodenog stakla je isplativo za dijelove srednje preciznosti (±0,3–0,5 mm) - 40% automobilskih izgubljenih voštanih odljevaka koriste ovu varijantu.

“Vosak niske temperature lošiji je od voska srednje temperature”

Ovisno o kontekstu. Niskotemperaturni vosak je jeftiniji i pogodan za nisku preciznost, dijelovi velikog volumena (Npr., hardver) — vosak srednje temperature potreban je samo za stroža odstupanja.

“Silicijev dioksid je uvijek bolji od vodenog stakla”

lažno. Vodeno staklo je 50–70% jeftinije i brže za srednje precizne primjene — silikagel je opravdan samo za zrakoplovne/medicinske dijelove koji zahtijevaju toleranciju od ±0,1 mm.

"Lijevanje izgubljenog voska ima visoke stope otpada"

lažno. Silika sol izgubljenog voska ima stopu otpada od 2-5% (usporedivo s tlačnim lijevanjem) — vodeno staklo ima 5–10% (još uvijek niže od 10–15% lijevanja u pijesak).

“3D ispis čini izgubljeni voštani lijev zastarjelim”

lažno. AM je idealan za prototipove/mali volumen, ali lijevanje izgubljenim voskom je 5-10x jeftinije za srednje do velike volumene (>1,000 dijelovi) i obrađuje veće dijelove (do 500 kg).

15. Zaključak

Postupak lijevanja izgubljenim voskom ostaje vrhunska metoda za proizvodnju kompleksa, metalne komponente visoke vjernosti.

Kad uparite desnu uzorak materijala, kemija ljuske i taljenje/atmosfera praksa uz discipliniranu kontrolu procesa, lijevanje izgubljenim voskom pouzdano stvara dijelove koji bi bili teški ili nemogući na druge načine.

Moderna poboljšanja (3D tiskani uzorci, hibridne školjke, vakuumsko izlijevanje i HIP) proširuju proces na nove legure i primjene — ali također povećavaju potrebu za pažljivim specifikacijama, ispitivanje i osiguranje kvalitete.

 

Česta pitanja

Koji sustav školjke trebam izabrati za titan?

Silika-sol (s cirkon/aluminijevim prvim premazom) + vakuum/inertno taljenje i izlijevanje. Vodeno staklo je općenito neprikladno bez opsežnih mjera barijere.

Kako fine karakteristike mogu biti kod lijevanja izgubljenim voskom?

Značajke <0.5 mm su mogući (nakit/prec); u inženjerskim dijelovima cilj ≥1 mm za robusnost osim ako se ne dokaže ispitivanjima.

Mogu očekivati ​​tipičnu završnu obradu površine?

Silika-sol: ~0,6–3,2 µm Ra; vodeno staklo: ~2,5–8 µm Ra. Fino pranje i poliranje voštanih matrica poboljšava završnu obradu.

Kada se preporučuje HIP?

Za umor-kritično, koji sadrže pritisak, ili dijelovi zrakoplovstva gdje se unutarnja poroznost mora svesti na najmanju moguću mjeru — HIP može dramatično poboljšati vijek trajanja od zamora.

Mogu li koristiti 3D tiskane uzorke umjesto alata od voska?

da — lijevane smole i otisnuti vosak smanjuju vrijeme izrade alata i troškove za prototipove/male količine. Uvjerite se da su karakteristike deparafinacije smole i kompatibilnost ljuske potvrđeni.