1. Perkenalan
Lilin yang hilang (investasi) pengecoran mengubah pola pengorbanan yang akurat—biasanya lilin—menjadi bagian logam melalui cangkang keramik.
Kekuatan intinya adalah: permukaan akhir yang sangat baik, akurasi dimensi yang tinggi, dan kemampuan untuk menghasilkan geometri kompleks dan paduan berkinerja tinggi.
Varian proses (nilai lilin, kimia cangkang dan metode inti) biarkan para insinyur memperdagangkan biaya vs kesetiaan dan memilih rute yang sesuai untuk baja tahan karat, paduan tembaga, setrika, dan — dengan tindakan pencegahan khusus — superalloy titanium dan nikel.
2. Proses Pengecoran Lilin Hilang
Urutan yang khas (tingkat tinggi):
- Pola: membuat lilin (atau resin yang dapat dicor) pola(S) — satu potong atau pohon/tandan.
- Perakitan: melampirkan pola ke runner/gating untuk membentuk cluster.
- Menginvestasikan / pembuatan cangkang: celupkan rakitan ke dalam bubur pengikat + plesteran; ulangi untuk membangun shell.
- Menyembuhkan / kering: gel dan cangkang kering sebagian di antara lapisan; pengeringan akhir.
- Dewax: menghilangkan lilin (mengukus atau meleleh).
- Pemadaman / penembakan: jalan untuk membakar bahan organik dan menstabilkan cangkang.
- Menuangkan: lelehkan dan tuangkan logam ke dalam cangkang yang sudah dipanaskan sebelumnya.
- Shakeout & pembersihan: menghapus cangkang, memotong gerbang, membersihkan.
- Pasca proses: perlakuan panas, PANGGUL (jika diperlukan), pemesinan, permukaan akhir, inspeksi.
3. Bahan pola: rendah-, sedang-, dan lilin bersuhu tinggi
| Jenis Lilin | Rentang Lelehan Khas (° C.) | Penggunaan Utama | Keuntungan | Batasan |
| Lilin bersuhu rendah | ~45–80 °C | Perhiasan, prototipe yang bagus, pola presisi kecil | Injeksi mudah/dewax energi rendah; hasil akhir yang bagus | Lembut — pola merayap; terbatas untuk pohon besar/kompleks |
| Lilin bersuhu sedang | ~80–120 °C | Rekayasa umum: bagian katup, komponen pompa | Stabilitas dimensi yang baik dan daya tahan perkakas | Membutuhkan energi dewax yang lebih tinggi; sifat seimbang |
| Lilin bersuhu tinggi / bahan berpola titik leleh tinggi | >120 ° C. (hingga ~200 °C untuk campuran khusus) | Besar, pola yang berat; produksi siklus panjang; distorsi pola yang lebih sedikit | Kekuatan panas dan integritas dimensi yang lebih baik; mengurangi distorsi pola | Lebih sulit dewax/burnout; energi yang lebih tinggi dan stres perkakas |
Catatan & panduan
- Pilih lilin berdasarkan ukuran bagiannya, umur perkakas dan urutan shell/build yang diharapkan. Lilin bersuhu rendah sangat bagus untuk detail halus dan volume rendah, tetapi tidak mudah merambat pada siklus panjang atau area toko yang hangat.
Temperatur sedang adalah pekerja keras untuk teknik pengecoran. Lilin bersuhu tinggi (dan polimer pola rekayasa) digunakan ketika penanganan atau cangkang panjang menimbulkan distorsi risiko. - Aditif pola: bahan pemlastis, stabilisator, penambah aliran dan pewarna mempengaruhi perilaku injeksi, residu dewax dan evolusi gas pembakaran—tentukan formulasi yang disetujui oleh pabrik pengecoran.
4. Produksi pola: perkakas, lilin injeksi, dan pola aditif
- Cetakan injeksi: cetakan baja/aluminium untuk lilin — biaya per potong rendah pada volume dengan kualitas permukaan tinggi. Skala biaya perkakas bergantung pada kompleksitas.
- 3D mencetak pola lilin/resin yang dapat dicor: Sla, DLP, printer lilin pengaliran material atau yang dapat dicetak menghilangkan perkakas untuk prototipe dan pengerjaan kecil.
Resin castable modern dewax dengan bersih dan mendekati kualitas permukaan lilin injeksi. - Pola pohon dan desain gerbang: atur pola pada sariawan tengah untuk penuangan dan pemberian makan yang efisien; termasuk anak tangga kurban untuk pakan susut.
Gunakan simulasi untuk gating dan feeding balance untuk cluster besar.
5. Sistem Cangkang: Silika-sol, Silikat soda, dan cangkang Hibrida
Sistem shell adalah satu-satunya variabel terpenting yang menentukan ketelitian permukaan, resistensi termal, permeabilitas/ventilasi, kompatibilitas vakum dan kesesuaian paduan dalam pengecoran lilin yang hilang.
Tiga keluarga praktis digunakan di toko modern:
- Silika-sol (koloid-silika) kerang — premi, rute dengan ketelitian tinggi.
- Silikat soda (natrium-silikat) kerang — yang ekonomis, rute yang kuat untuk lebih besar / pekerjaan baja/besi.
- Kerang hibrida — menggabungkan denda, lapisan dalam yang tahan bahan kimia (silika-sol atau zirkon) dengan lapisan luar kaca air untuk menyeimbangkan biaya dan kinerja.
Cangkang silika-sol (Silika koloid)
Apa itu dan bagaimana cara kerjanya
Cangkang silika-sol menggunakan a suspensi koloid partikel silika sub-mikron sebagai pengikatnya.
Lapisan pertama (pencucian yang sangat halus) gunakan koloid untuk membawa plesteran ultrahalus yang mencatat detail; lapisan berikutnya membangun ketebalan dan dikonsolidasikan dengan pengeringan dan pembakaran suhu tinggi (sintering) yang menghasilkan padat, cangkang yang kuat.
Karakteristik utama:
- Kesetiaan permukaan: terbaik yang tersedia — sebagai pemeran Ra pada umumnya ~0,6–3 m dengan pencucian halus.
- Stabilitas termal / penembakan: cangkang dapat dikonsolidasikan di 600–1.000 ° C. (praktik toko bervariasi menurut plesteran). Penembakan suhu tinggi meningkatkan kekuatan cangkang dan ketahanan terhadap guncangan termal.
- Kompatibilitas vakum/inert:bagus sekali — cangkang silika-sol kompatibel dengan tuang vakum dan atmosfer inert dan merupakan pilihan umum untuk titanium, superalloy nikel dan kobalt.
- Kontrol permeabilitas: dapat disetel dengan penilaian plesteran dan pembakaran untuk memberikan ventilasi terkontrol untuk nilai tinggi, pengecoran yang ketat.
- Sensitivitas kontaminasi:tinggi — stabilitas koloid terganggu oleh kontaminasi ionik (garam, denda logam) dan organik; bubur dan kebersihan tanaman sangat penting.
- Plesteran lapisan pertama yang khas: silika leburan sub-10 µm, zirkon atau zirkonia untuk antarmuka reaktif.
- Kasus penggunaan yang umum: komponen turbin dirgantara, paduan super, titanium yang dituangkan secara vakum, Implan medis, bagian-bagian kecil yang presisi.
Kerang kaca air (natrium-silikat)
Apa itu dan bagaimana cara kerjanya
Kerang kaca air menggunakan natrium berair (atau kalium) larutan silikat sebagai pengikat.
Melapisi gel ke jaringan seperti silika dengan gas CO₂ atau pengeras kimia (garam asam), menghasilkan cangkang keramik yang kaku bila dikombinasikan dengan plesteran tahan api bertingkat.
Karakteristik utama:
- Kesetiaan permukaan: bagus untuk teknik umum - biasanya Ra sebagai pemeran ~2,5–8 m tergantung pada pencucian dan plesteran.
- Penembakan: biasanya stabil pada ~400–700°C; cangkang tidak disinter pada tingkat yang sama seperti sistem silika-sol.
- Kompatibilitas vakum:terbatas — tidak ideal untuk tuang vakum/inert atau paduan yang paling reaktif.
- Permeabilitas / ventilasi: umumnya baik untuk baja/besi; permeabilitas cenderung lebih kasar dibandingkan cangkang sol silika yang dioptimalkan.
- Metode penyembuhan:pembuangan gas CO₂ (gelasi cepat) atau pengeras asam — cepat, set kuat di lantai toko.
- Sensitivitas kontaminasi: sedang — kontaminasi ionik mempengaruhi pengaturan dan keseragaman gel tetapi gelas air umumnya lebih toleran dibandingkan sol silika.
- Plesteran lapisan pertama yang khas: silika leburan halus; zirkon dapat digunakan untuk meningkatkan perlindungan permukaan.
- Kasus penggunaan yang umum: tubuh katup, pompa rumah, bagian baja/besi besar, perangkat keras laut, pengecoran industri umum.
Kerang hibrida (lapisan dalam silika-sol atau zirkon + lapisan luar berbahan kaca air)
Apa itu dan bagaimana cara kerjanya
Kompromi ekonomi bersama: A mantel dalam premium (silika-sol atau pencuci zirkon/zirkonia) diterapkan terlebih dahulu untuk menangkap detail dan menciptakan penghalang yang tahan bahan kimia, Kemudian lapisan luar berbahan kaca air dibangun untuk memberikan kekuatan massal dengan biaya lebih rendah.
Karakteristik utama:
- Kesetiaan permukaan & penghalang kimia: silika-sol/zirkon bagian dalam memberikan kualitas permukaan yang mendekati silika-sol dan membantu mencegah reaksi cangkang logam pada antarmuka logam.
- Biaya & penanganan: lapisan kaca air bagian luar mengurangi penggunaan total sol silika dan membuat cangkang lebih kuat untuk penanganan dan ukuran besar.
- Kompatibilitas vakum: gelas air yang ditingkatkan vs gelas air murni (berkat lapisan dalam) namun masih belum seideal cangkang sol silika penuh — berguna untuk banyak paduan baja tahan karat dan beberapa paduan nikel jika atmosfer peleburan/penuangan dikontrol.
- Kegunaan yang khas: badan katup dengan permukaan basah berkualitas tinggi, bagian turbin bernilai menengah yang memerlukan kompatibilitas vakum, aplikasi di mana biaya vs kinerja harus seimbang.
6. Teknologi inti
- Inti yang dapat larut (lilin atau inti polimer dibuat untuk larut): menghasilkan saluran internal (saluran pendingin); dihilangkan dengan air panas atau pelarut.
- Inti keramik berbahan bakar pengikat (silika, Alumina, zirkon): stabil pada suhu tinggi untuk superalloy; memerlukan kompatibilitas shell-core.
- 3Inti yang dicetak D: inti keramik binder-jet atau SLA memungkinkan geometri internal yang kompleks tanpa perkakas.
Desain inti harus mempertimbangkan dukungan inti, ventilasi, ekspansi termal dan kompatibilitas kimia dengan logam cair.
7. Dewaxing, pemadaman & penembakan peluru — jadwal praktis dan titik kontrol
Dewaxing
- Dewax uap/autoklaf: umum untuk pohon lilin konvensional. Suhu permukaan umumnya 100–120 °C; siklus menit hingga jam tergantung pada volume lilin dan ukuran pohon.
- Dewax termal / lelehan pelarut: digunakan untuk beberapa polimer—gunakan pemulihan dan kontrol pelarut.
Pemadaman / jadwal kelelahan (contoh teknik yang khas)
- Jalan: perlambat hingga suhu 100–200 °C untuk menghilangkan sisa kelembapan/lilin (≤3–5 °C/menit direkomendasikan untuk cangkang tebal agar uap tidak melepuh).
- Memegang 1: 150–250 °C (1–4 jam) untuk mengusir bahan organik dengan titik didih rendah.
- Jalan 2: ~3 °C/menit hingga 350–500 °C.
- Penahanan terakhir: 4–8 jam pada 350–700 °C tergantung pada sistem cangkang dan paduannya. Cangkang silika-sol dapat dibakar hingga suhu 600–1000 °C untuk sintering/kekuatan; cangkang kaca air biasanya distabilkan pada suhu 400–700 °C.
- Kontrol kunci: tingkat ramp, ketersediaan oksigen (hindari oksidasi berlebihan untuk cangkang logam reaktif), dan penghilangan seluruh bahan organik untuk menghindari evolusi gas selama penuangan.
Panaskan cangkang terlebih dahulu sebelum dituang: panaskan cangkang hingga 200–800 °C tergantung pada paduannya untuk meminimalkan kejutan termal dan meningkatkan aliran logam; MISALNYA., tuang stainless biasanya dipanaskan pada suhu 200–450 °C; superalloy membutuhkan lebih tinggi tergantung pada cangkangnya.
8. Penuangan: latihan leleh, opsi vakum/inert dan parameter penuangan
- Tungku peleburan: induksi atau resistensi; degassing/filtrasi dan fluks untuk kebersihan.
- Untuk suhu (khas):
-
- Paduan Aluminium: 650–720 °C
- Paduan tembaga: 1000–1200 ° C.
- Baja: 1450–1650 °C
- Superalloy nikel: 1400–1600+ °C (bergantung pada paduan)
- Penuangan vakum dan inert: wajib untuk titanium dan paduan yang sangat reaktif; vakum mengurangi oksidasi dan reaksi cangkang logam.
- Untuk mode: tuang gravitasi vs sendok tuang bawah vs bantuan vakum — pilih untuk meminimalkan turbulensi dan gas yang terperangkap. Gunakan filter di gerbang untuk kontrol inklusi.
9. Bahan umumnya dicor & pertimbangan khusus
- Baja tahan karat (300/400, rangkap): baik dengan kedua gelas air & Silika-sol; mengontrol permeabilitas cangkang dan pemanasan awal akhir.
- Karbon & baja paduan rendah, Besi ulet: sangat cocok untuk cangkang kaca air; perhatikan kerak dan erosi cangkang pada energi tuang tinggi.
- Paduan tembaga (perunggu, Bersama kami): umum; mengontrol panas berlebih untuk menghindari pencucian cangkang.
- Paduan Aluminium: mungkin tetapi seringkali lebih murah dengan metode pengecoran lainnya; memastikan ventilasi/permeabilitas.
- Titanium & Anda paduan: reaktif — lebih menyukai cangkang silika-sol, lapisan pertama zirkon/alumina, vakum meleleh, dan atmosfer inert. Hindari kaca berbahan air kecuali jika menggunakan lapisan penghalang dan alat kontrol khusus.
- Nikel & superalloy kobalt: menggunakan cangkang silika-sol, pembakaran suhu tinggi dan penanganan vakum/inert jika diperlukan.
10. Dimensi khas, kemampuan permukaan dan toleransi
- Toleransi dimensi (tipikal sebagai pemeran): ±0,1–0,3% dari dimensi nominal (MISALNYA., ±0,1–0,3 mm aktif 100 fitur mm).
- Permukaan akhir (Ra sebagai pemeran): silika-sol ~0,6–3,2 µm; gelas air ~2,5–8 µm.
- Tunjangan penyusutan linier: ~1,2–1,8% (paduan & pengecoran tentukan dengan tepat).
- Ketebalan dinding praktis minimum: perhiasan/bagian mikro: <0.5 mm; bagian teknik: 1.0–1,5 mm tipikal; bagian struktural yang lebih tebal umum terjadi.
- Pengulangan: praktik pengecoran yang baik menghasilkan ±0,05–0,15% run-to-run pada data kritis.
11. Cacat umum, akar penyebab dan solusinya
| Cacat | Gejala | Akar penyebab yang umum | Memperbaiki |
| Porositas gas | Pori-pori bulat | H₂ terlarut atau gas dewax yang terperangkap | Meningkatkan degassing, penyaringan; mengendalikan dewax/kejenuhan; tuang vakum |
| Porositas penyusutan | Rongga tidak teratur di titik panas | Pemberian makan yang buruk; kenaikan yang tidak mencukupi | Pengerjaan ulang gerbang, tambah merinding, gunakan riser, mengintensifkan tekanan penahan |
| Air mata panas / celah | Retak selama pemadatan | Pengekangan yang tinggi, transisi yang tajam | Tambahkan fillet, ubah bagian, memodifikasi gerbang, gunakan kedinginan |
| Retak cangkang | Cangkangnya pecah sebelum dituang | Pengeringan cepat, mantel tebal, penyembuhan yang buruk | Jalur pengeringan yang lambat, mantel yang lebih tipis, peningkatan pengendalian penyembuhan CO₂ |
Penetrasi logam / penghanyutan |
Permukaan kasar, logam ke dalam cangkang | Lapisan pertama yang lemah, panas berlebih yang tinggi | Perbaiki lapisan pertama (plesteran/zirkon halus), mengurangi panas berlebih, meningkatkan viskositas |
| Inklusi / terak | Non-logam dalam pengecoran | Kontaminasi lelehan, filtrasi yang buruk | Lelehan bersih, gunakan filter keramik, latihan skimming |
| Distorsi dimensi | Di luar toleransi | Pola merayap, lengkungan termal | Gunakan lilin bersuhu tinggi, suhu penyimpanan pola kontrol, meningkatkan kekakuan cangkang |
12. Proses Pasca Casting
- Shakeout & penghapusan keramik: metode mekanis atau kimia.
- Perlakuan panas: pengobatan solusi, penuaan (T6), anil — bergantung pada paduan. Suhu solusi tipikal: Paduan Al ~520–540 °C; baja lebih tinggi.
- Pengepresan Isostatik Panas (PANGGUL): mengurangi porositas penyusutan internal untuk bagian yang sensitif terhadap kelelahan; siklus HIP tipikal bergantung pada paduan (MISALNYA., 100–200 MPa dan 450–900 °C).
- Pemesinan & finishing: membosankan kritis, menyegel permukaan yang dikerjakan sesuai toleransi; pemolesan, pasivasi atau pelapisan diterapkan sesuai kebutuhan.
- Ndt & pengujian: hidrostatik, tekanan, tes kebocoran, rontgen/CT, ultrasonik, pewarna-penetran, pengujian mekanis per spesifikasi.
13. Kontrol proses, inspeksi & kualifikasi
- Belanja metrik QC: padatan bubur, viskositas, waktu gel, kurva oven, log dewax, grafik jalan kelelahan, lelehan kimia dan degassing log.
- Contoh kupon: tarik, kekerasan & kupon metalografi dicetak dalam gerbang untuk mewakili struktur mikro dan sifat mekanik.
- pengambilan sampel NDT: radiografi dan CT scan untuk komponen penting; menentukan tingkat penerimaan porositas (vol% atau ukuran cacat maksimal).
- Kontrol proses statistik (SPC): berlaku untuk input penting (mencuci padatan, ketebalan cangkang, melelehkan hidrogen) dan keluaran (variasi dimensi, porositas penting).
14. Kesalahpahaman Umum & Klarifikasi
“Pengecoran Lilin yang Hilang Hanya untuk Suku Cadang Presisi Tinggi”
PALSU. Pengecoran lilin hilang berbahan dasar gelas air hemat biaya untuk suku cadang dengan presisi sedang (±0,3–0,5mm) - - 40% pengecoran lilin otomotif yang hilang menggunakan varian ini.
“Lilin Suhu Rendah Lebih Rendah Dibandingkan Lilin Suhu Sedang”
Tergantung konteks. Lilin bersuhu rendah lebih murah dan cocok untuk presisi rendah, bagian bervolume tinggi (MISALNYA., perangkat keras) — Lilin bersuhu sedang hanya diperlukan untuk toleransi yang lebih ketat.
“Silica Sol Selalu Lebih Baik Daripada Gelas Air”
PALSU. Kaca air 50–70% lebih murah dan lebih cepat untuk aplikasi presisi menengah — sol silika hanya cocok untuk komponen dirgantara/medis yang memerlukan toleransi ±0,1 mm.
“Pengecoran Lilin yang Hilang Memiliki Tingkat Scrap yang Tinggi”
PALSU. Pengecoran lilin hilang silika sol memiliki tingkat scrap 2–5% (sebanding dengan die casting) — gelas air memiliki 5–10% (masih lebih rendah dibandingkan pengecoran pasir sebesar 10–15%).
“Pencetakan 3D Membuat Pengecoran Lilin yang Hilang Menjadi Usang”
PALSU. AM sangat ideal untuk prototipe/volume rendah, namun pengecoran lilin yang hilang 5–10x lebih murah untuk volume sedang hingga tinggi (>1,000 Bagian) dan menangani bagian yang lebih besar (hingga 500 kg).
15. Kesimpulan
Proses pengecoran lilin yang hilang tetap menjadi metode utama untuk menghasilkan kompleks, komponen logam dengan ketelitian tinggi.
Saat Anda memasangkan yang benar bahan pola, kimia cangkang Dan praktek lelehan/atmosfer dengan kontrol proses yang disiplin, pengecoran lilin yang hilang secara andal menciptakan bagian-bagian yang sulit atau tidak mungkin dilakukan dengan cara lain.
Peningkatan modern (3D pola cetak, cangkang hibrida, penuangan vakum dan HIP) memperluas proses ini ke dalam paduan dan aplikasi baru — namun hal ini juga meningkatkan kebutuhan akan spesifikasi yang cermat, uji coba dan QA.
FAQ
Sistem shell mana yang harus saya pilih untuk titanium?
Silika-sol (dengan lapisan pertama zirkon/alumina) + pencairan dan penuangan vakum/inert. Kaca air umumnya tidak cocok jika tidak dilengkapi dengan penghalang yang luas.
Betapa bagusnya fitur-fitur dengan pengecoran lilin yang hilang?
Fitur <0.5 mm mungkin (perhiasan/presisi); di bagian teknik bertujuan ≥1mm untuk ketahanan kecuali dibuktikan dengan uji coba.
Permukaan akhir yang khas yang dapat saya harapkan?
Silika-sol: ~0,6–3,2 µm Ra; silikat soda: ~2,5–8 µm Ra. Pencucian halus dan pemolesan cetakan lilin meningkatkan hasil akhir.
Kapan HIP direkomendasikan?
Untuk kelelahan-kritis, mengandung tekanan, atau bagian luar angkasa yang porositas internalnya harus diminimalkan — HIP dapat meningkatkan umur kelelahan secara drastis.
Dapatkah saya menggunakan pola cetakan 3D sebagai pengganti perkakas lilin?
Ya - resin yang dapat dicor dan lilin cetak mengurangi waktu dan biaya perkakas untuk prototipe/volume rendah. Pastikan karakteristik resin dewax dan kompatibilitas cangkang divalidasi.
