1. Uvod
Casting, također poznat kao izgubljeni voštani lijev, je precizna metoda proizvodnje koja se koristi tisućama godina. Ovaj proces uključuje stvaranje detaljnog uzorka od voska, oblažući ga keramikom, a zatim topljenjem voska u obliku kalupa.
U ovaj kalup se ulijeva rastaljeni metal, a nakon što se učvrsti, uklanja se keramička ljuska, otkrivajući konačnu glumačku komponentu.
Ovaj proces omogućuje proizvođačima izradu detaljnih komponenti s izvrsnom završnom obradom površine, što je posebno vrijedno u industrijama gdje su točnost i kvaliteta najvažniji.
Nehrđajući čelik, poznat po svojoj otpornosti na koroziju, izdržljivost, i estetsku privlačnost, je popularan izbor materijala za livenje po ulošku.
Kombinacija ova dva elementa - nehrđajućeg čelika i livenja po modelu - postaje sve popularnija u širokom rasponu industrija, od zrakoplovstva do medicinskih uređaja, zbog svoje sposobnosti proizvodnje visoke preciznosti, složeni dijelovi s izvrsnom završnom obradom površine i minimalnim rasipanjem materijala.
2. Što je livenje od nehrđajućeg čelika?
Definicija i pregled:
Lijev za ulaganje od nehrđajućeg čelika je proces u kojem se izrađuje voštani uzorak željenog dijela, presvučena keramičkom školjkom, a zatim se vosak rastapa, ostavljajući šuplji kalup. Rastaljeni nehrđajući čelik se zatim ulijeva u ovaj kalup.
Nakon što se metal skrutne, uklanja se keramička ljuska, otkrivajući konačnu glumačku komponentu. Ova metoda omogućuje izradu vrlo detaljnih i preciznih dijelova, što ga čini idealnim za složene geometrije i visokoprecizne primjene.
Povijesni razvoj:
Korijeni lijevanja za uložak mogu se pratiti unazad do drevnih civilizacija, kao što su Kinezi, koji su ga koristili za nakit.
Moderni proces razvijen je u 20. stoljeću, uz značajan napredak u materijalima i tehnikama, što ga čini pouzdanom metodom za proizvodnju visokopreciznih dijelova.
Uvođenje nehrđajućeg čelika u ranom 20. stoljeću dodatno je poboljšalo mogućnosti livenja za ulaganje, omogućujući proizvodnju dijelova s vrhunskom otpornošću na koroziju i mehaničkim svojstvima.
Usporedba s drugim tehnikama lijevanja:
- Lijevanje pijeska: To uključuje izlijevanje rastaljenog metala u pješčani kalup. Manje je precizan i ima hrapaviju površinu u usporedbi s uložnim lijevanjem. Lijevanje u pijesak je prikladnije za velike, Jednostavni dijelovi.
- Kasting: Koristi visoki tlak za ubrizgavanje rastaljenog metala u matricu. Iako je brži i isplativiji za velike proizvodne serije, ograničen je u složenosti oblika koje može proizvesti. Lijevanje pod pritiskom idealno je za velike količine, dijelovi niske složenosti.
- Casting: Nudi najveću preciznost i mogućnost stvaranja kompleksa, zamršenih oblika. Posebno je prikladan za male do srednje proizvodne serije i dijelove koji zahtijevaju visoku razinu detalja i površinske obrade.
3. Proces lijevanja pomoću investicije
Proces lijevanja po ulošku je vrlo precizna metoda koja se koristi za izradu složenih metalnih dijelova, posebno od nehrđajućeg čelika.
Ova tehnika, također poznat kao izgubljeni voštani lijev, uključuje nekoliko detaljnih koraka koji pretvaraju voštani uzorak u izdržljivi metalni dio.
Ovdje je pregled procesa lijevanja uloškom:
Korak 1: Dizajn proizvoda i dizajn kalupa
Proces počinje temeljitim dizajnom proizvoda, često koriste CAD softver za izradu 3D modela dijela.
Inženjeri uzimaju u obzir čimbenike poput funkcionalnosti, jačina, i jednostavnost izrade. Dizajn također diktira konfiguraciju kalupa, koji mora biti prilagođen specifikacijama dijela i osigurati pravilan protok metala tijekom lijevanja.
Korak 2: Izrada voštanog uzorka i pregled
Nakon što je dizajn finaliziran, proizvođači stvaraju uzorke od voska koji ponavljaju konačni proizvod. To se obično radi ubrizgavanjem rastaljenog voska u kalup.
Svaki voštani uzorak pažljivo se pregledava radi točnosti dimenzija i površinskih detalja, budući da će sve nesavršenosti izravno utjecati na konačnu postavu.
Korak 3: Skupština
Pojedinačni voštani uzorci sastavljeni su u strukturu poput stabla, nazvan "sprue". To omogućuje istovremeno lijevanje više dijelova, povećanje učinkovitosti proizvodnje.
Ispravno raspoređivanje uzoraka osigurava optimalan protok metala i raspodjelu topline tijekom lijevanja.
Korak 4: Izrada keramičkog kalupa
Sastavljeno drvce od voska umače se u keramičku kašu, koji oblaže voštane uzorke. Keramički kalup se ugrađuje u slojeve, dopuštajući mu da postane dovoljno gust i čvrst da izdrži visoke temperature rastaljenog metala.
Jednom premazani, kalup se zagrijava da se keramički materijal osuši i očvrsne.
Korak 5: Uklanjanje voska i pečenje kalupa
Nakon što se keramički kalup stvrdne, stavlja se u peć gdje se vosak topi i ocijedi.
To za sobom ostavlja šuplji kalup koji točno odražava uzorak voska. Nakon uklanjanja voska, kalup se peče kako bi se keramika dodatno očvrsnula i pripremila za lijevanje.
Korak 6: Izlijevanje rastaljenog nehrđajućeg čelika
Keramički kalup je prethodno zagrijan kako bi se smanjio toplinski šok kada se rastaljeni nehrđajući čelik izlije. Čelik se zagrijava do točke taljenja i zatim se ulijeva u kalup.
Pažljiva kontrola temperature i tehnika izlijevanja osigurava potpuno punjenje kalupa i bilježi fine detalje dizajna.
Korak 7: Hlađenje i uklanjanje plijesni
Nakon što se rastaljeni čelik ohladi i skrutne, keramički kalup je odlomljen kako bi se otkrio grubi lijevani dio.
Ovim se korakom mora postupati pažljivo kako bi se spriječilo oštećenje novoformirane komponente.
Korak 8: Rezanje i brušenje
Lijevani dijelovi su odvojeni od lijevnika, a sav višak materijala uklanja se procesima rezanja i brušenja.
Ovaj korak priprema dio za završnu obradu izravnavanjem grubih rubova i osiguravanjem da zadovoljava specifikacije dizajna.
Korak 9: Završnica
Konačni lijevani komadi prolaze površinsku obradu kako bi se poboljšao njihov izgled i učinkovitost. Uobičajeni postupci dorade uključuju poliranje, toplotna obrada, i premazivanje.
Ovi tretmani poboljšavaju kvalitetu površine i mogu povećati otpornost na koroziju ili čvrstoću.
4. Prednosti lijevanog materijala od nehrđajućeg čelika
Lijevanje za ulaganje od nehrđajućeg čelika nudi nekoliko prednosti koje ga čine preferiranom metodom za proizvodnju složenih metalnih dijelova:
- Preciznost i fini detalji
Masovni lijev pruža neusporedivu preciznost, što proizvođačima omogućuje proizvodnju zamršenih dizajna s uskim tolerancijama. Proces bilježi fine detalje koji drugim metodama lijevanja često promaknu. - Složeni oblici
Proizvođači mogu izraditi dijelove složene geometrije, uključujući unutarnje šupljine, tanki zidovi, i zamršene krivulje, to bi bilo teško ili nemoguće s drugim tehnikama lijevanja. - Izvrsna površinska završna obrada
Proces lijevanja po ulošku rezultira glatkim, visokokvalitetna završna obrada površine, smanjujući potrebu za postprodukcijskom strojnom obradom. - Minimalni gubitak materijala
Za livenje u kalupe koristi se proizvodnja gotovo neto oblika, što znači da se tijekom procesa troši malo ili nimalo materijala. Ova učinkovitost smanjuje i troškove materijala i utjecaj na okoliš. - Vrhunska čvrstoća i izdržljivost
Nehrđajući čelik pruža izuzetna mehanička svojstva, kao što je velika vlačna čvrstoća, otpor korozije, i otpornost na toplinu, što ga čini pogodnim za teške uvjete.
5. Uobičajene legure nehrđajućeg čelika koje se koriste u lijevanju postupkom
Za livenje po investiciji mogu se koristiti različite legure nehrđajućeg čelika, svaki nudi posebne pogodnosti na temelju primjene. Neke od najčešćih legura uključuju:
| Austenitni nehrđajući čelici | Feritni & Martenzitni nehrđajući čelik | Precipitacijsko otvrdnjavanje (PH) Martenzitni nehrđajući čelici | Austenitni/feritni (Dupleks) Nehrđajući čelik |
| 300 Serija nehrđajući (ANSI ekvivalent) | 400 Serija nehrđajući (ANSI ekvivalent) | 14-4 Serija PH 15-5 Serija PH 17-4 Serija PH |
2205 Niz |
| CF16F (303) Cf8 (304) CF3 (304L) CH20 (309) CK20 (310) Cf8m (316) CF3M (316L) |
CA15 (410) IC 416 (416) Cas40 (420) IC 431 (431) IC 440A (440A) IC 440C (440C) |
AMS5340
ASTM A 747 CB 7Cu-2 ASTM A 747 CB 7Cu-1 |
X2CrNiMoN22-5-3 |
Uobičajene vrste lijevanog nehrđajućeg čelika, Značajke, Prijava
| Ocjene | Značajke | Prijava |
| 304 | Austenitni nehrđajući čelik s nad 8% Sadržaj nikla, obično se koristi i za kućanstva i za komercijalne primjene, je najčešće korišteni materijal u lijevanju nehrđajućeg čelika.
Na primjer, 304 odljevci od nehrđajućeg čelika dobro se ponašaju u okruženjima s minimalnom zračnom korozijom. |
Medicinski, prehrambena industrija, kemijska industrija, mehanička oprema, industrija cijevi, automobilska industrija, itd. |
| 316 | Također austenitni nehrđajući čelik s više od Ni sadržaja 10%. Zbog visokog sadržaja Ni, 316 odljevci od nehrđajućeg čelika imaju bolju otpornost na koroziju od 304 odljevci od nehrđajućeg čelika.
Takvi odljevci od nehrđajućeg čelika prikladniji su za morsko okruženje s relativno teškim zračnim uvjetima ili kemijskim materijalima koji moraju biti u kontaktu. |
Gašenje požara, auto dijelovi, morski hardver, kemijski, cjevovod, konstrukcija, ukras, prehrambena industrija, itd. |
| 304L / 316L | Mehanička svojstva su bliska onima od 304 i 316 materijal.
L predstavlja niži sadržaj ugljika, što čini materijal rastegljivijim, ima dobre performanse zavarivanja, i ima pouzdaniju otpornost na koroziju. Cijena je viša od cijene materijala istog razreda. |
Hrana, kemijski, medicinski, vodovodni, itd. |
| 410 & 416 | Niz 400 pripada martenzitnom nehrđajućem čeliku, koji se odlikuje velikom čvrstoćom, dobre performanse obrade, i visoka tvrdoća toplinske obrade, i ne sadrži Ni, pa je otpornost na koroziju slaba. | Auto dijelovi, alata, noževi, itd. |
| 17-4 PH | 17-4 pripada martenzitnom nehrđajućem čeliku sa sadržajem Ni od 3%-5% i dobra otpornost na koroziju.
Ima najveću čvrstoću u seriji od nehrđajućeg čelika i obično se koristi za proizvode i komponente koji nisu skloni deformacijama. |
Vojni, medicinski, mehaničke komponente, alatni strojevi, turbinske lopatice, itd. |
| 2205 | Dupleks nehrđajući čelik 2205, s 22% krom, 2.5% molibden, i 4.5% nikal-dušik, nudi vrhunsku snagu, žilavost utjecaja, i izvrsnu otpornost na opću i lokaliziranu naponsku koroziju. | Sportski, pumpa & industrija ventila, itd. |
Kemijski sastav im
| Ocjene | C | I | MN | S | P | CR | U | Mokar |
| 304 | ≤0,08 | ≤1,00 | ≤2,00 | ≤0,03 | ≤0,045 | 18 ~ 20 | 8 ~ 11 | - |
| 304L | ≤0,03 | ≤1,00 | ≤2,00 | ≤0,03 | ≤0,035 | 18 ~ 20 | 8 ~ 12 | - |
| 316 | ≤0,08 | ≤1,00 | ≤2,00 | ≤0,03 | ≤0,045 | 16 ~ 18 | 10 ~ 14 | 2 ~ 3 |
| 316L | ≤0,03 | ≤1,00 | ≤2,00 | ≤0,03 | ≤0,045 | 16 ~ 18 | 10 ~ 14 | 2 ~ 3 |
| 410 | ≤0,03 | ≤1,00 | ≤1,00 | ≤0,03 | ≤0,040 | 11 ~ 13.5 | ≤0,6 | - |
| 416 | ≤0,15 | ≤1,00 | ≤1,25 | ≤0,15 | ≤0,060 | 12 ~ 14 | ≤0,6 | - |
| 17-4 tel | ≤0,07 | ≤1,00 | ≤1,00 | ≤0,03 | ≤0,040 | 15.5 ~ 17.5 | 3 ~ 5 | - |
| 2205 | ≤0,03 | ≤1,00 | ≤2,00 | ≤0,03 | ≤0,040 | 21 ~ 24 | 4.5 ~ 6.5 | 2.5 ~ 3.5 |
Kemijski sastav svake legure utječe na čimbenike poput otpornosti na koroziju, obradivost, i performanse u ekstremnim okruženjima, omogućujući proizvođačima da materijale prilagode specifičnim primjenama.
6. Primjena lijevanja od nehrđajućeg čelika
- Zrakoplovna industrija:
-
- Komponente: Dijelovi motora, turbinske lopatice, strukturne komponente, i prizemna oprema.
- Beneficije: Visoka snaga, otpornost na toplinu, i preciznost. Ovi dijelovi moraju izdržati ekstremne uvjete, i livenje za uložak osigurava da ispunjavaju stroge zahtjeve zrakoplovne industrije.
- Automobilska industrija:
-
- Komponente: Komponente motora, zupčanici, ventili, i strukturnih dijelova.
- Beneficije: Izdržljivost, preciznost, i minimalan gubitak materijala. Investicijski lijev omogućuje proizvodnju laganih, dijelovi visokih performansi koji poboljšavaju učinkovitost goriva i performanse vozila.
- Medicinski i kirurški alati:
-
- Komponente: Instrumenti visoke preciznosti, kirurški alati, i implantata.
- Beneficije: Biokompatibilnost, otpor korozije, i izvrsna završna obrada površine. Ovi dijelovi moraju biti vrlo precizni i izdržljivi, i livenje za uložak osigurava da zadovoljavaju stroge standarde medicinske industrije.
- Proizvodnja energije i energije:
-
- Komponente: Dijelovi koji se koriste u turbinama, elektrane, i sustavi obnovljivih izvora energije.
- Beneficije: Otpornost na visoke temperature, otpor korozije, i dug radni vijek. Ovi dijelovi moraju raditi u teškim uvjetima, a investicijski lijev daje potrebnu čvrstoću i trajnost.
- Industrija hrane i pića:
-
- Komponente: Komponente otporne na koroziju za preradu hrane, kao što su pumpe, ventili, i oprema za miješanje.
- Beneficije: Higijenski, lako se čisti, i izdržljiva. Lijev za ulaganje od nehrđajućeg čelika osigurava da ovi dijelovi zadovoljavaju stroge higijenske i sigurnosne standarde industrije hrane i pića.
- Mornarica:
-
- Komponente: Lijevani dijelovi za brodogradnju, offshore platforme, i brodske opreme.
- Beneficije: Izvrsna otpornost na koroziju i trajnost. Ovi dijelovi moraju izdržati surovo morsko okruženje, a livenje za ulaganje osigurava potrebnu otpornost na slanu vodu i druge korozivne elemente.
7. Izazovi u lijevanju u kalupe od nehrđajućeg čelika
Dok livenje od nehrđajućeg čelika nudi značajne prednosti, neki izazovi ostaju:
- Visoki početni troškovi
Troškovi dizajna kalupa i alata mogu biti značajni, posebno za male proizvodne serije. Međutim, ti se troškovi nadoknađuju preciznošću i kvalitetom konačnog proizvoda. - Dulje vrijeme proizvodnje
Proces investicijskog lijevanja uključuje više koraka, svaki zahtijeva vrijeme i preciznost, što može produljiti cjelokupni vremenski rok proizvodnje. - Složeni procesi nakon lijevanja
Dodatna strojna obrada, toplotna obrada, a završni koraci mogu biti potrebni kako bi se ispunili zahtjevi specifičnih dijelova, povećavajući i vrijeme i troškove.
8. Kontrola kvalitete i ispitivanje u lijevanju postupkom
- Nerazorna ispitivanja (NDT): Tehnike poput X-zraka, ultrazvučno testiranje, i inspekcija magnetskim česticama koriste se za otkrivanje unutarnjih nedostataka, kao što su poroznost, inkluzije, i pukotine. Ove metode osiguravaju cjelovitost i pouzdanost lijevanih dijelova.
- Inspekcije točnosti dimenzija: Precizna mjerenja pomoću koordinatnih mjernih strojeva (Cmm) i drugi mjeriteljski alati osiguravaju da lijevani dio zadovoljava potrebne specifikacije i tolerancije.
- Ispitivanje svojstava materijala: Ispitivanja zatezne čvrstoće, tvrdoća, i otpornost na koroziju provode se kako bi se osigurala kvaliteta i izvedba konačnog proizvoda.
Ovi testovi pomažu provjeriti hoće li dio raditi prema očekivanjima u predviđenim radnim uvjetima.
9. Budući trendovi u lijevanju za livenje od nehrđajućeg čelika
- Napredni materijali: Stalno istraživanje i razvoj dovode do stvaranja novih legura od nehrđajućeg čelika s poboljšanim svojstvima, kao što je veća čvrstoća, Poboljšana otpornost na koroziju, i bolju obradivost.
Ovi napredni materijali proširit će raspon primjene za livenje u kalupe. - Automatizacija i robotika: Povećana upotreba automatizacije i robotike u procesu lijevanja s uloškom poboljšava učinkovitost, smanjenje troškova rada, i povećanje dosljednosti.
Automatizirani sustavi za izradu voštanih uzoraka, stvaranje keramičke ljuske, i završna obrada nakon lijevanja sve su prisutnija. - Održivost: Sve je veći fokus na održive prakse, uključujući korištenje recikliranih materijala, energetski učinkoviti procesi, i smanjen utjecaj na okoliš.
Industrija investicijskog lijevanja istražuje načine za smanjenje otpada, smanjiti potrošnju energije, i usvojiti ekološke prakse.
10. Zaključak
Lijevanje za ulaganje od nehrđajućeg čelika ostaje jedna od najpouzdanijih i najpreciznijih proizvodnih tehnika za proizvodnju složenih metalnih dijelova.
Njegova sposobnost stvaranja zamršenih oblika s minimalnim materijalnim otpadom, u kombinaciji s vrhunskim svojstvima nehrđajućeg čelika, čini ga neprocjenjivim procesom za industrije u rasponu od zrakoplovne do prerade hrane.
Iako postoje izazovi poput troškova i vremena proizvodnje, kontinuirani tehnološki napredak dovodi investicijsko lijevanje u još istaknutiju ulogu u modernoj proizvodnji.
Česta pitanja
Q: Po čemu se livenje u obliku nehrđajućeg čelika razlikuje od lijevanja u pijesak?
A: Uložni lijev koristi voštani uzorak i keramički kalup, pruža veću preciznost i glatkiju završnu obradu. Lijevanje pijeska, s druge strane, koristi pješčani kalup, što je manje precizno i rezultira hrapavijom površinom. Investicijski lijev je prikladniji za složene i zamršene dijelove, dok je lijevanje u pijesak prikladnije za velike, Jednostavni dijelovi.
Q: Koje industrije imaju najviše koristi od lijevanja za ulaganje od nehrđajućeg čelika?
A: Industrije koje zahtijevaju visoku preciznost, kompleks, i izdržljive komponente, kao što su zrakoplovstvo, medicinski, automobilski, energija, i morski, imati najviše koristi od ove metode. Mogućnost proizvodnje dijelova s uskim tolerancijama i izvrsnom završnom obradom površine čini ga preferiranim izborom u ovim sektorima.
Q: Koji su uobičajeni izazovi kod livenja za ulaganje od nehrđajućeg čelika?
A: Uobičajeni izazovi uključuju visoke početne troškove kalupa i alata, duže vrijeme proizvodnje, i složeni procesi nakon lijevanja poput strojne obrade i poliranja. Unatoč tim izazovima, visoka preciznost i kvaliteta završnih dijelova često opravdavaju investiciju.
Q: Kako se osigurava kvaliteta odljevaka za ulaganje od nehrđajućeg čelika?
A: Kvaliteta je osigurana ispitivanjem bez razaranja (NDT) metode, kao što su X-zrake i ultrazvučno ispitivanje, za otkrivanje unutarnjih nedostataka.
Kontrola točnosti dimenzija pomoću koordinatnih mjernih strojeva (Cmm) i ispitivanje čvrstoće svojstava materijala, tvrdoća, i otpornost na koroziju također se izvode kako bi se osiguralo da dio zadovoljava potrebne specifikacije i kriterije izvedbe.
