Elveszett viasz öntési eljárás

1. Bevezetés

Elvesztett viasz (beruházás) öntvény a pontos áldozati mintákat – hagyományosan viaszt – egy kerámiahéjon keresztül fémrészekké alakítja.

Alapvető erősségei a következők: Kiváló felszíni kivitel, nagy dimenziós pontosság, valamint összetett geometriák és nagy teljesítményű ötvözetek öntésének képessége.

Eljárásváltozatok (viasz fokozatok, héjkémia és alapmódszerek) hagyja, hogy a mérnökök cseréljék ki a költségeket a hűséggel, és válasszanak olyan útvonalakat, amelyek megfelelnek a rozsdamentes acéloknak, rézötvözetek, vasalók, és – különös óvintézkedésekkel – titán és nikkel szuperötvözetek.

2. Elveszett viasz öntési eljárás

Tipikus sorrend (magas szintű):

1. Minta: készíts viaszt (vagy önthető gyanta) minta(S) — egy darab vagy fa/csokor.
2. Összeszerelés: csatoljon mintákat a futókhoz/kapukhoz, hogy klasztert alkosson.
3. Invest / héjépítés: mártsa a szerelvényt kötőanyag-iszapba + stukkó; ismételje meg a shell felépítéséhez.
4. Gyógymód / száraz: gél és részben száraz héjak a rétegek között; végső szárítás.
5. Viaszmentesítő: távolítsa el a viaszt (gőzölni vagy kiolvasztani).
6. Kiégés / égetés: rámpa a szerves anyagok elégetésére és a héj stabilizálására.
7. Öntsük: olvasszuk meg és öntsük a fémet az előmelegített héjba.
8. Shakeout & tisztítás: távolítsa el a héjat, vágott kapukat, tiszta.
9. Utófeldolgozás: hőkezelés, CSÍPŐ (Ha szükséges), megmunkálás, felszíni befejezés, ellenőrzés.

3. Mintás anyagok: alacsony-, közepes-, és magas hőmérsékletű viaszok

Jegyzet & útmutatást

• Válasszon viaszt alkatrészméret szerint, szerszámélettartam és várható shell/build szekvencia. Az alacsony hőmérsékletű viasz kiválóan alkalmas a finom részletekhez és a kis mennyiséghez, de nem kúszik hosszú ciklusok vagy meleg üzlethelyiségek esetén.
  A közepes hőmérséklet a gépi öntés igáslója. Magas hőmérsékletű viaszok (és a tervezett mintázatú polimerek) ott használatosak, ahol a kezelés vagy a hosszú héj torzulást okoz.
• Minta adalékok: lágyítók, stabilizátorok, folyásjavítók és színezékek befolyásolják az injekció viselkedését, viaszmaradék és kiégési gázfejlődés – adja meg az öntöde által jóváhagyott készítményeket.

4. Mintagyártás: szerszámkészítés, injekciós viasz, és additív minták

• Fröccsöntés: acél/alumínium matricák viaszhoz – alacsony darabonkénti költség mennyiségben, kiváló felületi minőség mellett. A szerszám költségskálája a bonyolultságtól függ.
• 3D nyomtatott önthető viasz/gyanta minták: SLA, DLP, Az anyagsugaras vagy önthető viasznyomtatók kiküszöbölik a szerszámok használatát a prototípusokhoz és a kis sorozatokhoz.
  A modern önthető gyanták tisztán viaszmentesítik és megközelítik az injekciós viasz felületi minőségét.
• Mintafázás és kapuzás kialakítása: rendezze el a mintákat egy központi csonkon a hatékony öntés és etetés érdekében; feláldozó felszállókat tartalmaznak a zsugortakarmányhoz.
  Használjon szimulációt a kapuzáshoz és az adagolási egyensúlyhoz nagy klaszterek esetén.

5. Shell rendszerek: Szilícium-dioxid-szol, Víz-üveg, és hibrid héjak

A héjrendszer az egyetlen legfontosabb változó, amely meghatározza a felület hűségét, hőellenállás, áteresztőképesség/szellőzés, vákuumkompatibilitás és ötvözet-alkalmasság elveszett viaszöntvényben.

Három praktikus családot használnak a modern üzletekben:

• Szilícium-dioxid-szol (kolloid-szilícium-dioxid) kagylók - a prémium, nagy hűségű útvonal.
• Víz-üveg (nátrium-szilikát) kagylók - a gazdaságos, robusztus útvonal nagyobbak számára / acél/vas munka.
• Hibrid héjak – bírságot kombinál, vegyileg ellenálló belső bevonat (szilícium-dioxid-szol vagy cirkon) vízüveg külső bevonattal a költségek és a teljesítmény egyensúlya érdekében.

Szilika-szol héjak (kolloid szilícium-dioxid)

Mi ez és hogyan működik

A szilika-szol héjak a szubmikron szilícium-dioxid részecskék kolloid szuszpenziója mint a kötőanyag.

Az első rétegek (nagyon finom mosás) használja a kolloidot ultrafinom stukkóval, amely rögzíti a részleteket; Az ezt követő rétegek vastagabbá válnak, és szárítással és magas hőmérsékletű égetéssel megszilárdulnak (szinterezés) hogy sűrű, erős héjak.

Kulcsfontosságú jellemzők:

• Felületi hűség: elérhető legjobb – öntött Ra általában ~0,6-3 µm finom mosással.
• Hőstabilitás / égetés: kagylók konszolidálhatók at 600–1000°C (a bolti gyakorlat stukkóval változik). A magas hőmérsékletű égetés növeli a héj szilárdságát és a hősokkállóságot.
• Vákuum/inert kompatibilitás:kiváló — a szilícium-dioxid-szol héjak kompatibilisek a vákuum- és inert atmoszférikus öntéssel, és a szokásos választás a titánhoz, nikkel és kobalt szuperötvözetek.
• Permeabilitás szabályozás: stukkómezővel és égetéssel hangolható, hogy szabályozott légtelenítést biztosítson a nagy értékű, szoros öntvények.
• Szennyezés érzékenység:magas — a kolloid stabilitást felborítja az ionos szennyeződés (só, fémbírságok) és szerves anyagok; a hígtrágya és a növény tisztasága kritikus.
• Tipikus első réteg stukkó: 10 µm alatti olvasztott szilícium-dioxid, cirkon vagy cirkónium reaktív interfészekhez.
• Tipikus felhasználási esetek: repülőgép-turbina alkatrészek, szuperötvözetek, vákuummal öntött titán, orvosi implantátumok, precíziós kis alkatrészek.

Víz-üveg héjak (nátrium-szilikát)

Mi ez és hogyan működik

A vízüveg héjak egy vizes nátrium (vagy kálium) szilikát oldat kötőanyagként.

A gélt szilícium-dioxid-szerű hálózatra vonja be CO₂ gázosítással vagy kémiai keményítőkkel (savas sók), merev kerámiahéjat készít, ha osztályozott tűzálló stukkóval kombinálják.

Kulcsfontosságú jellemzők:

• Felületi hűség: jó általános mérnöki célokra – jellemzően öntött Ra ~2,5-8 µm mosástól és stukkótól függően.
• Égetés: általában stabilizálva van ~400-700°C; a héjak nem szintereződnek olyan mértékben, mint a szilícium-dioxid-szol rendszerek.
• Vákuumos kompatibilitás:korlátozott — nem ideális vákuum/inert öntéshez vagy a legreaktívabb ötvözetekhez.
• Áteresztőképesség / szellőztetés: általában jó acélokhoz/vasokhoz; Az áteresztőképesség általában durvább, mint az optimalizált szilícium-dioxid-szol héjak.
• Kikeményedési módszer:CO₂ elgázosítás (gyors gélesedés) vagy savas keményítők – gyors, robusztus készlet az üzletben.
• Szennyezés érzékenység: mérsékelt – az ionos szennyeződés befolyásolja a kötést és a gél egyenletességét, de a vízüveg általában jobban toleráns, mint a szilikaszol.
• Tipikus első réteg stukkó: finom olvasztott szilícium-dioxid; A cirkon felhasználható a jobb felületvédelem érdekében.
• Tipikus felhasználási esetek: szeleptestek, szivattyúház, nagy acél/vas alkatrészek, tengeri hardver, általános ipari öntvények.

Hibrid héjak (szilícium-dioxid-szol vagy cirkon belső bevonat + vízüveg külső bevonatok)

Mi ez és hogyan működik

Közös gazdasági kompromisszum: A prémium belső kabát (szilícium-dioxid-szol vagy cirkon/cirkónia mosás) először alkalmazzák a részletek rögzítésére és vegyileg ellenálló gát létrehozására, majd vízüveg külső bevonatok úgy készültek, hogy alacsonyabb költségek mellett tömegszilárdságot biztosítsanak.

Kulcsfontosságú jellemzők:

• Felületi hűség & kémiai gát: a belső szilícium-dioxid-szol/cirkon közel szilícium-dioxid-szol felületi minőséget biztosít, és segít megelőzni a fém-héj reakciókat a fém határfelületén.
• Költség & kezelés: a külső vízüveg bevonatok csökkentik a szilícium-dioxid-szol teljes felhasználását, és robusztusabbá teszik a héjat a kezeléshez és a nagy méretekhez.
• Vákuumos kompatibilitás: javított vs tiszta víz-üveg (a belső szőrzetnek köszönhetően) de még mindig nem olyan ideális, mint a teljes szilícium-dioxid-szol héjak – sok rozsdamentes és néhány nikkelötvözethez hasznos, ha az olvadás/öntési atmoszféra szabályozott.
• Tipikus felhasználások: szeleptestek kiváló minőségű nedvesített felülettel, közepes értékű turbinaalkatrészek, ahol szükség van némi vákuumkompatibilitásra, olyan alkalmazások, ahol a költség és a teljesítmény egyensúlyban kell lennie.

6. Alapvető technológiák

• Oldható magok (oldódásra készült viasz- vagy polimermagok): belső járatokat készítenek (hűtőcsatornák); forró vízzel vagy oldószerrel távolítsuk el.
• Kötőanyaggal égetett kerámia magok (szilícium-dioxid, alumínium -oxid, cirkon): magas hőmérsékleten stabil szuperötvözetek esetén; shell-core kompatibilitást igényel.
• 3D-nyomtatott magok: A binder-jet vagy az SLA kerámia magok bonyolult belső geometriákat tesznek lehetővé szerszámok nélkül.

A magok tervezésénél figyelembe kell venni a mag támogatását, szellőztetés, hőtágulás és kémiai kompatibilitás olvadt fémmel.

7. Vahaszkodás, kiégés & lövedéklövés – gyakorlati menetrendek és ellenőrzési pontok

Vahaszkodás

• Gőz/autokláv viaszmentesítés: gyakori a hagyományos viaszfáknál. Tipikus felületi hőmérséklet 100-120 °C; ciklus percek és órák között a viasz mennyiségétől és a fa méretétől függően.
• Termikus viaszmentesítő / oldószer olvadék: egyes polimerekhez használják – használjon oldószer-visszanyerést és kontrollokat.

Kiégés / kiégési ütemterv (tipikus mérnöki példa)

• Rámpa: lassítson 100-200 °C-on a nedvesség/viaszmaradványok eltávolítása érdekében (≤3–5 °C/perc vastag héjakhoz ajánlott a gőzhólyagosodás elkerülése érdekében).
• Tart 1: 150–250 °C (1– 4 óra) hogy elűzzük az alacsony forráspontú szerves anyagokat.
• Rámpa 2: ~3 °C/perc 350–500 °C-ig.
• Végső tartás: 4–8 óra 350–700 °C-on a héjrendszertől és az ötvözettől függően. A szilícium-dioxid-szol héjak 600-1000 °C-ra égethetők ki szinterezés/szilárdság érdekében; általában 400–700 °C-on stabilizált vízüveghéjak.
• Kulcsvezérlők: rámpa sebessége, oxigén elérhetősége (kerülje a túlzott oxidációt a reaktív fémhéjak esetében), és a szerves anyagok teljes eltávolítása, hogy elkerüljük a gázfejlődést az öntés során.

A héjat felöntés előtt előmelegítjük: a héj előmelegítése 200–800 °C-ra az ötvözettől függően a hősokk minimalizálása és a fémáramlás javítása érdekében; PÉLDÁUL., a rozsdamentes öntések általában 200–450 °C-ra előmelegítik; A szuperötvözetek héjtól függően magasabbak.

8. Öntés: olvasztási gyakorlat, vákuum/inert opciók és öntési paraméterek

• Olvasztókemencék: indukció vagy ellenállás; gáztalanítás/szűrés és folyósítás a tisztaság érdekében.
• Hőmérsékletekhez (tipikus):

• • Alumíniumötvözetek: 650-720 °C
  • Rézötvözetek: 1000-1200 °C
  • Acélok: 1450–1650 °C
  • Nikkel szuperötvözetek: 1400-1600+ °C (ötvözet függő)

• Vákuum és inert öntés: kötelező a titán és a nagy reakcióképességű ötvözetek esetében; a vákuum csökkenti az oxidációt és a fém-héj reakciókat.
• A divatért: gravitációs öntés vs alulról öntő üst vs vákuummal támogatott – döntse el a turbulencia és a magával ragadó gázok minimalizálását. Használjon szűrőket a kapuzatban a befogadás szabályozásához.

9. Általában öntött anyagok & speciális megfontolások

• Rozsdamentes acélok (300/400, duplex): jó mind a vizespohárral & szilícium-dioxid-szol; szabályozza a héj áteresztőképességét és a végső előmelegítést.
• Szén & gyengén ötvözött acélok, csillapító vas: jól illeszkedik a vízüveg kagylóhoz; nagy öntési energiáknál figyelje a lerakódást és a héjeróziót.
• Rézötvözetek (bronz, Velünk): közös; szabályozza a túlhevítést, hogy elkerülje a héj mosását.
• Alumíniumötvözetek: lehetséges, de gyakran olcsóbb más öntési módszerekkel; biztosítsa a szellőzést/áteresztőképességet.
• Titán & Ti ötvözetek: reaktív – inkább szilícium-dioxid-szol héjakat részesítenek előnyben, cirkon/alumínium-oxid első bevonatok, vákuum megolvad, és inert atmoszférák. Kerülje a vízüveget, hacsak nem használ védőbevonatot és speciális vezérlőket.
• Nikkel & kobalt szuperötvözetek: használjon szilícium-dioxid-szol héjat, magas hőmérsékletű tüzelés és vákuum/inert kezelés, ahol szükséges.

10. Tipikus méret, felületi és tűrési képességek

• Mérettűrés (tipikus as-cast): a névleges méret ±0,1–0,3%-a (PÉLDÁUL., ±0,1–0,3 mm rá 100 MM szolgáltatás).
• Felszíni befejezés (Ra as-cast): szilícium-dioxid-szol ~0,6-3,2 µm; vízüveg ~2,5-8 µm.
• Lineáris zsugorodási ráhagyás: ~1,2–1,8% (ötvözet & öntöde pontosan adja meg).
• Minimális gyakorlati falvastagság: ékszerek/mikro alkatrészek: <0.5 mm; mérnöki alkatrészek: 1.0-1,5 mm jellemző; szerkezeti vastagabb szakaszok gyakoriak.
• Ismételhetőség: a jó öntödei gyakorlat ±0,05–0,15%-os hozamot eredményez a kritikus adatokon.

11. Gyakori hibák, kiváltó okok és gyógymódok

12. Öntés utáni folyamatok

• Shakeout & kerámia eltávolítás: mechanikai vagy kémiai módszerekkel.
• Hőkezelés: oldatos kezelés, öregedés (T6), lágyítás – ötvözetfüggő. Tipikus megoldási hőmérsékletek: Al ötvözetek ~520-540 °C; acélok magasabbak.
• Meleg izosztatikus préselés (CSÍPŐ): csökkenti a belső zsugorodási porozitást a fáradtságra érzékeny részek esetében; A tipikus HIP ciklusok az ötvözettől függenek (PÉLDÁUL., 100–200 MPa és 450–900 °C).
• Megmunkálás & végső: kritikus furatok, tűréshatárig megmunkált tömítőfelületek; polírozás, passziválás vagy szükség szerinti bevonat alkalmazása.
• NDT & tesztelés: hidrosztatikus, nyomás, szivárgási tesztek, Röntgen/CT, ultrahangos, festék áthatoló, mechanikai vizsgálat specifikáció szerint.

13. Folyamatvezérlés, ellenőrzés & képesítés

• Vásároljon minőségellenőrzési mutatókat: iszap szilárd anyagok, viszkozitás, gél idő, sütő görbék, viaszmentesítő rönkök, kiégési rámpa diagramok, olvaszt kémia és gáztalanító rönkök.
• Mintakuponok: húzó, keménység & kapuzatba öntött metallográfiai kuponok a reprezentatív mikrostruktúra és mechanikai tulajdonságok érdekében.
• NDT mintavétel: radiográfia és CT vizsgálat a kritikus összetevők számára; adja meg a porozitás elfogadási szintjeit (térfogat% vagy max hibaméret).
• Statisztikai folyamatirányítás (SPC): kritikus bemenetekre vonatkozik (szilárd anyagokat mosni, héj vastagsága, megolvasztjuk a hidrogént) és kimenetek (méretváltoztatás, számít a porozitás).

14. Gyakori tévhitek & Pontosítások

„Az elveszett viaszöntés csak nagy pontosságú alkatrészekhez használható”

Hamis. A vízüveg alapú elveszett viaszöntvény költséghatékony a közepes pontosságú alkatrészekhez (±0,3–0,5 mm) - - 40% az autóipari elveszett viaszöntvények esetében ezt a változatot használják.

„Az alacsony hőmérsékletű viasz rosszabb, mint a közepes hőmérsékletű viasz”

Kontextusfüggő. Az alacsony hőmérsékletű viasz olcsóbb és kis pontosságúra alkalmas, nagy volumenű alkatrészek (PÉLDÁUL., hardver) — közepes hőmérsékletű viasz csak szűkebb tűréshez szükséges.

„A szilícium-dioxid szol mindig jobb, mint a vízüveg”

Hamis. A vízüveg 50–70%-kal olcsóbb és gyorsabb a közepes pontosságú alkalmazásokhoz – a szilika szol alkalmazása csak ±0,1 mm-es tűréshatárt igénylő repülőgép-/orvosi alkatrészek esetében indokolt..

„Az elveszett viaszöntésnél magas a selejt aránya”

Hamis. A szilícium-dioxid szol elveszett viaszöntvény selejt aránya 2-5% (összehasonlítható a présöntéssel) - a vízpohárban 5-10% (még mindig alacsonyabb, mint a homoköntés 10-15%-a).

„A 3D nyomtatás elavulttá teszi az elveszett viaszöntést”

Hamis. Az AM ideális prototípusokhoz/kis hangerőhöz, de az elveszett viaszöntés 5-10-szer olcsóbb közepes és nagy térfogat esetén (>1,000 alkatrészek) és nagyobb alkatrészeket kezel (-ig 500 kg).

15. Következtetés

Az elveszett viasz öntési folyamata továbbra is a komplexek előállításának első számú módszere, nagy hűségű fém alkatrészek.

Amikor párosítja a jobb mintás anyag, héj kémia és olvadás/atmoszféra gyakorlat fegyelmezett folyamatirányítással, Az elveszett viasz öntés megbízhatóan olyan alkatrészeket hoz létre, amelyek más módon nehezen vagy lehetetlenek lennének.

Modern fejlesztések (3D nyomtatott minták, hibrid héjak, vákuum öntés és HIP) kiterjeszti a folyamatot új ötvözetekre és alkalmazásokra – de ezek a gondos specifikáció szükségességét is felvetik, kipróbálás és minőségbiztosítás.

 

GYIK

Titánhoz melyik héjrendszert válasszam??

Szilícium-dioxid-szol (cirkon/alumínium-oxid első bevonattal) + vákuum/inert olvasztás és öntés. A vízüveg általában alkalmatlan kiterjedt védőintézkedések nélkül.

Milyen finomak lehetnek a vonások elveszett viaszos öntéssel?

Jellemzők <0.5 mm lehetségesek (ékszer/precíziós); a mérnöki részek célja ≥1 mm robusztusság érdekében, hacsak nem igazolják kísérletek.

Tipikus felületkezelésre számíthatok?

Szilícium-dioxid-szol: ~0,6–3,2 µm Ra; víz-pohár: ~2,5–8 µm Ra. A viaszmatricák finom mosása és polírozása javítja a felületet.

Mikor ajánlott a HIP?

Fáradtságkritikusnak, nyomást tartalmazó, vagy repülőgép-alkatrészek, ahol a belső porozitást minimálisra kell csökkenteni – a HIP drámaian megnövelheti a kifáradás élettartamát.

Használhatok-e 3D nyomtatott mintákat viaszos szerszámok helyett??

igen — önthető gyanták és a nyomtatott viasz csökkenti a szerszámozási időt és a költségeket a prototípusok/kis mennyiségek esetében. Győződjön meg arról, hogy a gyanta viaszmentesítési jellemzői és a héj kompatibilitás érvényesek.