1. Introduzione
Cera perduta (investimento) fusione è apprezzato per la sua capacità di riprodurre i dettagli più fini, sezioni sottili e geometria complessa con eccellente finitura superficiale e tolleranze relativamente strette.
Il raggiungimento di risultati coerenti non è solo una questione di geometria o impostazioni della macchina: è fondamentalmente un problema di materiali.
La miscela di cere, chimica degli investimenti, aggregati refrattari, composizione centrale, la chimica del crogiolo e della lega interagiscono termicamente, chimicamente e meccanicamente durante la deparaffinazione, burnout e iniezione di metalli.
Scegliere i materiali giusti per ogni fase fa la differenza tra un ciclo di produzione ad alto rendimento e rilavorazioni ripetute.
2. Panoramica del flusso di lavoro della fusione a cera persa
Fasi chiave e gli elementi materiali primari coinvolti:
- Modellazione (cera) — cera per modelli o materiale termoplastico stampato ad iniezione; sistemi di iniezione/perfusione a cera.
- Assemblea & gating — bacchette di cera (spurio), piatti di base.
- Costruzione della conchiglia (investimento) - liquame (legante + finemente refrattario), rivestimenti in stucco/aggregato.
- Essiccazione / Dewaxing — rimozione del materiale organico tramite vapore/autoclave o forno.
- Burnout / sinterizzazione della conchiglia — rampa controllata per ossidare/bruciare le sostanze organiche residue e sinterizzare il guscio fino alla resistenza richiesta.
- Fusione & versando — materiale del crogiolo più atmosfera (aria/inerti/vuoto) e sistema di colata (gravità / centrifugo / vuoto).
- Raffreddamento & rimozione del guscio — rimozione meccanica o chimica del guscio; finitura.
Ogni fase utilizza diverse famiglie di materiali ottimizzati per le temperature, chimica, e carichi meccanici in quella fase.
3. Cera & materiali del modello
Funzioni: trasportare la geometria, definire la finitura superficiale, e fornire un'espansione prevedibile durante la costruzione del guscio.
Cera comune / famiglie di materiali del modello
| Materiale / Famiglia | Composizione tipica | Fusione tipica / gamma di addolcimento (°C) | Tipico ritiro lineare (come prodotto) | Tipica cenere residua dopo la combustione | Miglior utilizzo / note |
| Cera per iniezione ricca di paraffina | Paraffina + piccolo modificatore | 45–70 ° C. | ~0,2–0,5% | 0.05–0,2% in peso | Basso costo, buon finale; fragile se puro, solitamente miscelato. |
| Miscele di cere microcristalline | Cera microcristallina + paraffina + adesivanti | 60–95°C | ~0,1–0,3% | ≤0,1% in peso (se formulato a basso contenuto di ceneri) | Tenacità e coesione migliorate; preferito per assemblaggi complessi. |
| Cera per modelli (miscele ingegnerizzate) | Paraffina + microcristallino + polimeri (PE, EVA) + stabilizzatori | 55–95°C | ~0,10–0,35% | ≤0,05–0,1% in peso | Cera standard per modelli di fonderia: flusso sintonizzato, restringersi e incenerirsi. |
Cera d'api / miscele di cere naturali |
Cera d'api + modificatori | 60–65°C (cera d'api) | ~0,2–0,6% | ≤0,1–0,3% | Buona brillantezza superficiale; utilizzato in piccole parti/artigianali; cenere variabile. |
| Modelli termoplastici hot-melt | Elastomeri termoplastici / poliolefine | 120–200 ° C. (a seconda del polimero) | variabile | quantità di cenere molto bassa se il polimero brucia in modo pulito | Utilizzato per modelli speciali; minore resistenza allo scorrimento ma richiedono una maggiore energia di deparaffinazione. |
| 3Resine calcinabili stampate D (SLA/DLP) | Resine fotopolimeriche formulate per la calcinazione | transizione vetrosa ~50–120 °C; decomposizione 200–600 °C | dipende dalla resina; spesso ~ 0,2–0,5% | 0.1–0,5% (dipendente dalla resina) | Eccellente libertà geometrica; richiedono rigidi protocolli di deparaffinazione/bruciatura per evitare residui. |
Proprietà chiave e perché sono importanti
- Fluidità per iniezione: influisce sulla qualità del riempimento e del gate.
- Restringimento & dilatazione termica: deve corrispondere alle caratteristiche di espansione del rivestimento per evitare rotture del guscio o errori dimensionali.
- Contenuto di ceneri: la bassa ritenzione di carbonio/cenere alla combustione riduce le reazioni guscio-metallo.
- Forza & fatica: i modelli devono sopravvivere alla manipolazione e alla rotazione del guscio senza distorsioni.
Numeri pratici & note
- Ritiro tipico dell'iniezione di cera: ~0,1–0,4% lineare a seconda della cera e del controllo della temperatura.
- Utilizzo cenere bassa formulazioni per gioielleria di alta precisione e leghe reattive.
4. Investimento (refrattario) sistemi: tipologie e criteri di selezione
Investimento = legante + polvere refrattaria. La scelta è guidata dalla temperatura massima di colata del metallo, finitura superficiale richiesta, controllo della dilatazione termica, e resistenza alla reazione con il metallo fuso.
Grandi famiglie di investitori
- Investimenti in cartongesso (a base di gesso)
-
- Utilizzo: gioielleria e leghe bassofondenti (oro, argento, peltro) dove le temperature sono abbondanti < ~1.000 °C.
- Vantaggi: ottima finitura superficiale, bassa permeabilità (buono per i dettagli fini).
- Limiti: scarsa resistenza sopra ≈1.000 °C; si decompone e ammorbidisce: non adatto per acciai o leghe resistenti al calore.
- Rivestimenti a legante fosfatico (per esempio., fosfato di sodio o di magnesio)
-
- Utilizzo: leghe ad alta temperatura (acciai inossidabili, leghe di nichel) e applicazioni che richiedono una maggiore resistenza refrattaria fino a ~1.500 °C.
- Vantaggi: maggiore resistenza al caldo, migliore resistenza alla reazione dei metalli e alla fessurazione.
- Limiti: lucidatura superficiale inferiore rispetto al gesso in alcune formulazioni; miscelazione più complessa.
- Silica sol / legata con silice colloidale (miscele di allumina/silice)
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- Utilizzo: pezzi di precisione in un ampio intervallo di temperature; adattabile con aggiunte di zircone o allumina.
- Vantaggi: buona stabilità alle alte temperature, finitura superficiale fine.
- Limiti: il controllo dell'espansione termica e del tempo di presa è fondamentale.
- Zircone / allumina (ossido) investimenti rafforzati
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- Utilizzo: leghe reattive (titanio, leghe di nichel ad alta temperatura) — riduce la reazione metallo-investimento.
- Vantaggi: refrattarietà molto elevata, bassa reattività con i metalli attivi.
- Limiti: costo notevolmente più elevato; lucidatura ridotta in alcuni casi.
Lista di controllo per la selezione degli investimenti
- Temperatura massima di colata (scegliere un investimento valutato al di sopra della temperatura di fusione + margine di sicurezza).
- Finitura superficiale desiderata (Obiettivo Ra).
- Corrispondenza dilatazione termica — offset per compensare la dilatazione della cera e il ritiro del metallo.
- Permeabilità & forza — resistere alla pressione di colata e ai carichi centrifughi/del vuoto.
- Reattività chimica — soprattutto per i metalli reattivi (Di, Mg, Al).
5. Stucco, rivestimenti e materiali per la costruzione di involucri
Le conchiglie vengono costruite alternando tuffi nei liquami E stucco (grani refrattari più grossolani). I materiali e le dimensioni delle particelle controllano lo spessore del guscio, permeabilità e resistenza meccanica.
- Sluriosa: legante di investimento + finemente refrattario (tipicamente 1–10 µm) per la cancellatura e la riproduzione fine della superficie.
- Stucco: particelle più grossolane di silice/zicron/allumina (20–200 µm) che costruiscono lo spessore del corpo.
- Rivestimenti / lava: top coat specializzati (per esempio., ricchi di allumina o zirconi) agire come strati barriera per leghe reattive e per migliorare la finezza del modello o ridurre la reazione metallo-rivestimento.
Suggerimenti di selezione
- Utilizzare un Lavaggio barriera zirconio/allumina per titanio e leghe reattive per ridurre al minimo il caso alfa e la reazione chimica.
- Limitare la dimensione delle particelle di stucco negli strati finali per ottenere la lucidatura superficiale richiesta.
6. Nuclei e materiali del nucleo (permanente & solubile)
I nuclei creano vuoti interni. usi della fusione a cera persa:
- Ceramica (refrattario) core — silice, zircone, a base di allumina; legato chimicamente (resina o silicato di sodio) o sinterizzato.
- Solubile (sale, cera) core — nuclei di sale lisciviati dopo la fusione per canali interni complessi in cui i nuclei ceramici non sono pratici.
- Nuclei ibridi — nucleo ceramico racchiuso nel rivestimento per resistere alla deparaffinazione e alla combustione.
Proprietà chiave
- Resistenza alle temperature del guscio sopravvivere alla manipolazione e al burnout.
- Compatibilità con l'espansione degli investimenti (corrispondenza della forza verde e del comportamento di sinterizzazione).
- Permeabilità per consentire la fuoriuscita dei gas durante il versamento.
7. Crogioli, sistemi di colata & materiali per utensili
La scelta del crogiolo e dei materiali di colata dipende da chimica in lega, temperatura di fusione, E reattività.
Materiali comuni del crogiolo
- Grafite / crogioli di carbonio: ampiamente utilizzato per il rame, bronzo, ottone, e molte leghe non ferrose. Vantaggi: Eccellente conduttività termica, economico.
Limitazioni: reagire con alcune fusioni (per esempio., titanio) e non può essere utilizzato in atmosfere ossidanti per alcune leghe. - Allumina (Al₂O₃) crogioli: chimicamente inerte per molte leghe e utilizzabile a temperature più elevate.
- Crogioli in zirconio: molto refrattario e chimicamente resistente - utilizzato per leghe reattive (ma più costoso).
- Carburo di silicio (SiC)-crogioli rivestiti: elevata resistenza agli shock termici; buono per alcune fusioni di alluminio.
- Compositi ceramica-grafite E rivestimenti del crogiolo (barriere all'ossidazione) sono utilizzati per prolungare la vita e ridurre al minimo la contaminazione.
Sistemi di colata
- Versamento per gravità – più semplice, utilizzato per gioielli e piccoli volumi.
- Casting centrifugo - comune per i gioielli forzare il metallo nei minimi dettagli; notare un aumento delle sollecitazioni su stampi e metalli.
- Assistito dal vuoto / versare sotto vuoto — riduce l'intrappolamento del gas e consente la fusione reattiva del metallo a pressione ridotta.
- Fusione per induzione sotto vuoto (VIM) e fusione dell'elettrodo consumabile sotto vuoto (NOSTRO) — per superleghe di elevata purezza e metalli reattivi come il titanio.
Importante: per leghe reattive o ad alta temperatura (titanio, superleghe di nichel), utilizzare sistemi di fusione sotto vuoto o gas inerte e crogioli/rivestimenti che impediscano la contaminazione, e assicurarsi che il sistema di colata sia compatibile con il metallo (per esempio., centrifugo sotto vuoto).
8. Metalli e leghe comunemente fusi mediante processo di rivestimento
La fusione a cera persa può gestire un ampio spettro di leghe. Categorie tipiche, punti di fusione rappresentativi (°C) e note di ingegneria:
Nota: i punti di fusione elencati si riferiscono a elementi puri o intervalli di leghe indicativi. Utilizzare sempre i dati di fusione/solidificazione forniti dal produttore per un controllo preciso del processo.
| Categoria delle leghe | Leghe rappresentative | Ca.. sciolto / per la conservazione (°C) | Note pratiche |
| Metalli preziosi | Oro (Au), Argento (Ag), Platino (Pt) | Au: 1,064°C, Ag: 962°C, Pt: 1,768°C | Gioielli & parti di alto valore; i metalli preziosi richiedono rivestimenti in cera e gesso a basso contenuto di ceneri per una finitura fine; Pt necessita di un rivestimento o di un crogiolo a temperatura molto elevata. |
| Bronzo / Rame leghe | With-sn (bronzo), Cu-Zn (ottone), Leghe di Cu | 900–1.080°C (dipende dalla lega) | Buona fluidità; può essere colato in rivestimenti standard al fosfato o alla silice; fare attenzione alla formazione di ossidi e scorie. |
| Alluminio leghe | A356, AlSi7, AlSi10 | ~610–720°C | Rapida solidificazione; sono necessari investimenti speciali; reattivo al carbonio/grafite ad alte temperature: utilizzare crogioli/rivestimenti adeguati. |
Acciai & inossidabile |
400/300 serie inossidabile, acciai per utensili | ~1.420–1.500°C (solido/liquido varia) | Richiede rivestimenti in fosfato o ad alto contenuto di allumina; temperature di versamento più elevate → necessitano di un guscio resistente e di un'atmosfera inerte/controllata per evitare ossidazione e reazioni. |
| Leghe di nichel / SuperAlloys | Inconel, Famiglie Hastelloy | ~1.350–1.500°C+ | Temperature di versamento elevate e controllo rigoroso: comunemente fusione sotto vuoto o in atmosfera controllata; investire con miscele di zirconio/allumina. |
| Titanio & Ti-alloys | Ti-6Al-4V | ~1.650–1.700°C (punto di fusione ≈1.668°C) | Estremamente reattivo; il rivestimento deve essere zirconio/allumina e colato sotto vuoto o in atmosfera inerte (Argon). Sono necessari crogioli/attrezzature speciali; La formazione di casi alfa è un rischio. |
| Zamac / Leghe di zinco pressofuse (raro negli investimenti) | Carichi | ~380–420°C | Bassa temperatura; di solito invece pressofuso, ma possibile per calchi di investimento speciali. |
Regola pratica della temperatura di colata: La temperatura di versamento è spesso 20–250°C sopra il liquidus a seconda della lega e del processo per garantire il riempimento e compensare la perdita di calore (controllare la scheda tecnica della lega).
9. Atmosfere da casting, reazioni & misure protettive
Leghe reattive (Al, Di, Mg) e le fusioni ad alta temperatura richiedono un attento controllo dell'atmosfera e della chimica del guscio:
- Ossidazione: avviene nell'aria → sulla superficie fusa si formano pellicole di ossido che vengono intrappolate come inclusioni. Utilizzo atmosfera inerte (Argon) O vuoto fonde per leghe critiche.
- Reazione chimica del rivestimento metallico: la silice e altri ossidi contenuti nei rivestimenti possono reagire con il metallo fuso formando strati di reazione fragili (esempio: cassa alpha su titanio).
Lavaggi barriera E top coat ricchi di zirconio/allumina ridurre l'interazione. - Raccolta/degasaggio del carbonio: il carbonio derivante dalla decomposizione della cera/del rivestimento può trasferirsi nelle fusioni; un'adeguata combustione e una schiumatura/filtrazione riducono la contaminazione.
- Raccolta dell'idrogeno (non ferrosi si scioglie): provoca porosità da gas. Mitigare degassando le fusioni (spurgo dell'argon, degasatori rotanti) e mantenere gli investimenti asciutti.
Passaggi protettivi
- Utilizzo rivestimenti barriera per metalli reattivi.
- Utilizzo vuoto o gas inerte sistemi di fusione e colata quando specificato.
- Filtrazione (filtri ceramici) per rimuovere inclusioni e ossidi durante la colata.
- Controllare l'umidità ed evitare rivestimenti bagnati: il vapore acqueo si espande rapidamente durante il getto e causa il cedimento del rivestimento.
10. Dewaxing, combustione e preriscaldamento del guscio: materiali & temperature
Queste tre fasi del processo rimuovono il materiale del modello organico, completare la combustione del legante e sinterizzare il guscio in modo che abbia la resistenza meccanica e lo stato termico necessari per sopravvivere al getto.
Compatibilità dei materiali (tipologia di investimento, cappotti barriera, chimica di base) e un rigoroso controllo della temperatura sono fondamentali: gli errori in questo caso causano la rottura del guscio, porosità del gas, reazioni metallo-guscio e dimensioni errate.
Deparaffinazione: metodi, parametri tipici e guida alla selezione
| Metodo | Temp. tipica (°C) | Orario tipico | Efficienza tipica di rimozione della cera | Meglio per / Compatibilità | Pro / Contro |
| Vapore / Autoclave | 100–130 | 20–90 minuti (dipende dalla massa & gating) | 95–99% | Bicchiere d'acqua / gusci di silice-sol; grandi assemblee | Veloce, delicato da sgusciare; deve controllare la condensa & ventilazione per evitare danni dovuti alla pressione del vapore |
| Solvente (chimico) dewax | bagno solvente 40–80 (dipendente dal solvente) | 1–4 h (oltre all'asciugatura) | 97–99% | Piccolo, intricati gusci di gioielli o calcinabili SLA | Rimozione molto pulita; richiede la manipolazione dei solventi, fase di essiccazione e controlli ambientali |
| Termico (forno) dewax / flash | 180–350 (pre-combustione) | 0.5–3 ore | 90–98% | Investimenti ad alta temperatura (fosfato, allumina) e parti in cui il vapore è sconsigliato | Attrezzatura semplice; deve controllare la rampa e lo sfiato per evitare fessurazioni |
| Flash/combinazione (vapore + breve arrivo termico) | vapore quindi 200–300 | vapore 20–60 + termico 0,5–2 ore | 98–99% | La maggior parte dei proiettili di produzione | Buon compromesso: rimuove la cera in massa e poi brucia i residui in modo pulito |
Burnout (esaurimento del legante, rimozione e sinterizzazione organica)
Scopo: ossidare e rimuovere residui organici/ceneri, reazioni leganti complete, densificare/sinterizzare il guscio fino alla resistenza a caldo richiesta, e stabilizzare le dimensioni del guscio.
Strategia generale di burnout (pratica di fonderia):
- Rampa controllata da ambiente → 200–300 °C A 0.5-3°C/min per rimuovere lentamente le sostanze volatili: trattenendo qui si evita una vaporizzazione violenta che danneggia i gusci.
- Continuare la rampa fino alla sosta intermedia (300–600 ° C.) A 1-5°C/min, attendere 0,5–3 ore a seconda dello spessore del guscio per bruciare leganti e residui carboniosi.
- Rampa finale per sinterizzazione/mantenimento della temperatura appropriato per il rivestimento e la lega (vedere la tabella seguente) e immergiti per 1–4 h per ottenere resistenza del guscio e basso contenuto di carbonio residuo.
Burnout consigliato / bande di temperatura di sinterizzazione (tipico):
| Famiglia d'investimento | Burnout tipico / temperatura di sinterizzazione (°C) | Note / bersaglio |
| Legato al gesso (malta) | ~450–750 °C | Utilizzare per leghe a basso punto di fusione (metalli preziosi). Evitare >~800 °C — il gesso si disidrata/indebolisce. |
| Silica-sol / silice colloidale (sol non reattivi) | 800–1000 ° C. | Buono per i metalli non ferrosi in generale e alcuni acciai; regolare la presa per lo spessore del guscio. |
| Legato al fosfato | 900–1200 ° C. | Per acciai, superleghe inossidabili e a base di nichel: garantiscono elevata resistenza a caldo e permeabilità. |
| Zircone / rivestimenti rinforzati con allumina | 1000–1250+°C | Per leghe reattive (Di) e temperature di colata elevate: riducono al minimo le reazioni del rivestimento in metallo. |
Preriscaldamento del guscio: temperature target, tempi di immersione e monitoraggio
Obiettivo: portare il guscio ad una distribuzione della temperatura stabile vicino alla temperatura di versamento in modo che (UN) lo shock termico al contatto con la massa fusa è ridotto al minimo, (B) il guscio è completamente sinterizzato e resistente, E (C) lo sviluppo di gas al getto è trascurabile.
Orientamento generale
- Preriscaldare a una temperatura inferiore ma vicina alla temperatura di versamento - tipicamente tra (per la temperatura − 50 °C) E (per la temperatura − 200 °C) a seconda della lega, massa del guscio e investimento.
- Tempo di immersione: 30 minimo→ 3 H a seconda della massa del guscio e dell'uniformità termica richiesta. I gusci più spessi richiedono un ammollo più lungo.
- Uniformità: bersaglio ±10–25 °C attraverso la superficie del guscio; verificare con termocoppie integrate o termografia IR.
Tabella di preriscaldamento del guscio consigliata (pratico):
| Lega / famiglia | Temperatura tipica del metallo fuso (°C) | Preriscaldamento del guscio consigliato (°C) | Immergere / Tenere il tempo | Atmosfera & note |
| Alluminio (A356, Leghe AlSi) | 610–720°C | 300–400 ° C. | 30–90 minuti | Aria o N₂ secco; assicurarsi che il guscio sia completamente asciutto: l'alluminio reagisce con il carbonio libero ad alte temperature; mantenere il guscio sotto la fusione con un margine confortevole. |
| Rame / Bronzo / Ottone | 900–1.090 °C | 500–700 ° C. | 30–120 minuti | Aria o N₂ a seconda dell'investimento; i rivestimenti barriera riducono la reazione e migliorano la finitura. |
| Acciai inossidabili (per esempio., 316l) | 1450–1550 ° C. | 600–800 ° C. | 1–3 ore | Utilizzare rivestimenti in fosfato/allumina; considerare N₂/N₂-H₂ o atmosfera controllata per limitare l'ossidazione eccessiva. |
Superleghe di nichel (Inconel 718, ecc.) |
1350–1500 ° C. | 750–1000 ° C. | 1–4 h | Utilizzare rivestimenti in zirconio/allumina ad alta temperatura e fusione sotto vuoto/inerte; il preriscaldamento del guscio potrebbe avvicinarsi alla temperatura di versamento per una migliore alimentazione. |
| Titanio (Ti-6Al-4V) | 1650–1750°C | 800–1000 ° C. (alcune pratiche si preriscaldano più vicino) | 1–4 h | È richiesto il vuoto o l'atmosfera inerte; utilizzare lavaggi barriera allo zirconio; preriscaldare il guscio e versarlo sotto vuoto/inerte per evitare la formazione di alpha-case. |
Di seguito è riportato un compatto, collegamento della tabella di risoluzione dei problemi utilizzabile difetti comuni della fusione a cera persa A cause profonde legate ai materiali, controlli diagnostici, E rimedi pratici / prevenzione.
Utilizzalo come riferimento in fabbrica durante l'analisi dei cicli: ogni riga è scritta in modo che il tecnico o l'ingegnere della fonderia possa seguire i passaggi diagnostici e applicare rapidamente le correzioni.
Leggenda veloce:INV = investimento (conchiglia) materiale/legante; cera = materiale del modello (o resina stampata in 3D); crogiolo = contenitore/rivestimento per fusione.
| Difetto | Sintomi tipici | Cause profonde legate ai materiali | Controlli diagnostici | Rimedi / prevenzione (materiali & processo) |
| Rottura del guscio / scoppio della conchiglia | Crepe radiali/lineari visibili nel guscio, frattura del guscio durante il versamento o la deparaffinazione | Elevata espansione della cera rispetto all'espansione INV; investimento umido; condensa intrappolata; legante incompatibile; velocità di rampa troppo elevate | Ispezionare la secchezza del guscio (perdita di massa), controllare il registro della deceratura, mappatura visiva delle crepe; CT/UT dopo il getto, se sospettato | Rampa lenta di deparaffinazione e combustione fino a 100–400 °C; garantire prese d'aria/fori di drenaggio; passare alla cera compatibile a bassa espansione; asciugare completamente i gusci; regolare il rapporto impasto/stucco; aumentare lo spessore del guscio o modificare il legante per la resistenza meccanica |
| Porosità da gas (soffiature, fori di spillo) | Vuoti sferici/irregolari spesso vicini alla superficie o al sottosuolo | Idrogeno da rivestimento umido; residui di olio/solvente nella cera; scarso degasaggio della massa fusa; umidità nello stucco | Sezione trasversale, radiografia/raggi X per individuare i pori; misurare l'umidità (asciugare al forno); prova della cenere; analisi del gas di fusione o monitoraggio dell'ossigeno/idrogeno | Gusci ben asciutti; migliorare la deceratura & asciugatura più lunga; bruciare per sciogliersi (rotante ad argon); versamento sottovuoto; utilizzare cera a basso contenuto di ceneri; eliminare lo stucco umido e controllare l'umidità |
Fori di spillo superficiali / vaiolatura |
Piccole cavità superficiali, spesso su tutta la superficie | Carbonio residuo fine / reazione del legante; scarso grado di impasto/stucco finale; contaminazione degli investimenti | Visiva/SEM della morfologia delle fosse; prova del contenuto di ceneri (target ≤0,1% in peso per le leghe sensibili); verificare la granulometria finale dello stucco | Utilizzare uno strato di stucco finale più fine; migliorare il controllo della miscela dei liquami; estendere il mantenimento del burnout per ridurre il carbonio residuo; utilizzare un lavaggio barriera (zirconio/allumina) per leghe reattive |
| Inclusioni di ossidi / intrappolamento delle scorie | Inclusioni scure sparse, linee di scorie, croste superficiali | Pelle di ossido alla fusione a causa del versamento lento/atmosfera ossidante; crogiolo contaminato o fondente assente | Metallografia; ispezione filtri/siviera; visiva della superficie di fusione; intasamento del filtro | Utilizzare filtrazione e schiumatura su ceramica; versare in atmosfera inerte o controllata se richiesto; cambiare il rivestimento o il rivestimento del crogiolo; controllo della carica e flusso più severi |
Strato di reazione chimica (caso alfa, reazione interfacciale) |
Ossidato fragile / strato di reazione sulla superficie metallica, superficie meccanica scadente | La chimica dell'INV reagisce con la fusione (Ti/Al contro silice); assorbimento di carbonio dal legante; ingresso di ossigeno | Metallografia in sezione trasversale; misurazione della profondità dello strato di reazione; XRF per ossigeno/carbonio | Utilizzare strati di lavaggio barriera in zirconio/allumina; fusione sotto vuoto/inerte & versare; modificare il rivestimento in un sistema ricco di zirconio; ridurre il carbonio residuo (burnout più lungo) |
| Riempimento incompleto / chiusure fredde / misruns | Geometria mancante, cuciture, linee fuse, sezioni sottili incomplete | Scarsa fluidità della lega per il rivestimento/massa termica scelta; bassa temperatura di versamento o eccessiva perdita di calore nel guscio freddo; mancata corrispondenza del ritiro della cera | Ispezione visiva, analisi di gating, imaging termico dell'uniformità del preriscaldamento del guscio | Aumentare la temperatura di colata entro le specifiche della lega; preriscaldare il guscio più vicino alla temperatura di versamento; ottimizzare il controllo/ventilazione; scegliere una lega a maggiore fluidità o un design con dissipatore di calore/raffreddamento; ridurre le caratteristiche delle pareti sottili o utilizzare un processo diverso (centrifugo) |
Strappo caldo / cracking caldo |
Fessure irregolari nelle sezioni ad alta sollecitazione che si verificano durante la solidificazione | Gli investimenti limitano la contrazione (troppo rigido); la lega ha un ampio intervallo di congelamento; design freddo/alzata incompatibile | Esaminare la posizione della crepa rispetto al percorso di solidificazione; rivedere la simulazione termica | Riprogettare la geometria (aggiungere i filetti, modificare lo spessore della sezione); regolare il cancello e il montante per promuovere la solidificazione direzionale; considerare una lega alternativa con intervallo di congelamento più ristretto |
| Finitura superficiale scadente / consistenza granulosa | Superficie fusa ruvida o granulosa, scarsa lucidabilità | Stucco finale grossolano o boiacca aggressiva; contaminazione negli investimenti; strati di boiacca finali insufficienti | Misura Ra, controllare la dimensione finale delle particelle dello stucco, controllare l'analisi dei solidi del liquame/del setaccio | Utilizzare uno strato/grana finale più fine, aumentare il numero di strati di boiacca/stucco fine, migliorare la pulizia e la miscelazione dei liquami, controllare la polvere ambientale e la manipolazione |
Errore dimensionale / deformazione (distorsione da ritiro) |
Caratteristiche fuori tolleranza, deformazione dopo il getto/raffreddamento | Ritiro della modellazione in cera non compensato; espansione differenziale del guscio; programma di combustione/sinterizzazione errato | Confronta le dimensioni del modello con la shell; registrazioni di dilatazione termica; TC nella shell durante il burnout | Calibrare le tolleranze di cera/restringimento; regolare la compensazione dell'espansione termica del burnout; alterare la costruzione della shell (strati di supporto più rigidi) e strategia di preriscaldamento; includere dispositivo/bloccaggio durante il raffreddamento |
| Spostamento fondamentale / disallineamento interno | Passaggi interni fuori asse, pareti sottili dove si muoveva il nucleo | Materiale del nucleo in ceramica debole o supporto del nucleo inadeguato nel montaggio della cera; disallineamento tra adesione core e investimento | Sezione parti o utilizzare TC/raggi X; controllare la resistenza e l'adesione del nucleo verde | Aumentare la rigidità del nucleo (cambia il legante in resina o aggiungi i supporti della coroncina); migliorare le caratteristiche principali dei posti a sedere; regolare la stratificazione dello stucco del guscio per bloccare il nucleo; curare i nuclei correttamente |
Contaminazione / pickup in carbonio in metallo |
Strisce scure, duttilità ridotta; porosità dell'idrogeno | Carbonio derivante dalla decomposizione della cera o del rivestimento, rivestimento del crogiolo contaminato | Analisi del carbonio/ossigeno (Leco), microstruttura visiva, prova della cenere | Utilizzare cera a basso contenuto di ceneri; estendere il burnout; utilizzare crogiolo rivestito o alternativo; fusione sotto vuoto/inerte & versare; migliorare la filtrazione e il degasaggio |
| Scheggiatura indotta dall'umidità residua / esplosioni di vapore | Esplosione di proiettili localizzata / forti scoppi al contatto iniziale con il metallo | Rivestimento umido o condensa di deparaffinazione intrappolata | Misurare la perdita di peso dopo l'asciugatura; controlli dell'asciugatura in forno e del sensore di umidità | Gusci asciutti per eliminare l'umidità (specificare nelle istruzioni di lavoro), decerante lento e controllato, consentire un tempo di asciugatura adeguato, preriscaldare per eliminare l'acqua prima di versare |
12. Ambientale, Salute & Considerazioni sulla sicurezza; riciclaggio & gestione dei rifiuti
Pericoli principali
- Silice cristallina respirabile (RCS) da stucco e polvere di rivestimento – rigorosamente controllato (respiratori, scarico locale, metodi umidi).
- Fumi da burnout — sostanze organiche combustibili; controllo con ventilazione e ossidatori termici.
- Pericoli legati ai metalli fusi - schizzi, brucia; Protocolli per la movimentazione dei DPI e delle siviere.
- Pericoli derivanti dai metalli reattivi (Di, Mg) — rischio di incendio in presenza di ossigeno; necessitano di ambienti privi di ossigeno per lo scioglimento/il versamento.
- Smaltimento del guscio caldo — rischi termici e chimici.
Sciupare & riciclaggio
- Rottami metallici viene generalmente recuperato e riciclato: un importante vantaggio in termini di sostenibilità.
- Investimento usato può essere recuperato (separazione dei liquami, centrifuga) e refrattario riutilizzabile recuperato (ma attenzione alle contaminazioni e alle multe).
- Investimenti spesi e la polvere del filtro può essere classificata in base alla chimica del legante: gestire lo smaltimento in base alle normative locali.
13. Matrice di selezione pratica & lista di controllo degli appalti
Matrice di selezione rapida (alto livello)
- Gioielli / leghe a bassa temperatura: paraffina/cera microcristallina + investimento nel gesso + decerante a vapore.
- Bronzo generale / ottone / leghe di rame: miscele di cere + rivestimenti in silice/fosfato + si consiglia il versamento sotto vuoto o inerte.
- Leghe di alluminio: cera + sol di silice/rivestimenti colloidali formulati per Al + conchiglie secche + atmosfera inerte o controllata + crogiolo adatto (SiC/grafite con rivestimenti).
- Inossidabile, leghe di nichel: cera + rivestimenti in fosfato o allumina/zirconio + temperatura di sinterizzazione elevata del guscio + fusione sotto vuoto/inerte & filtrazione.
- Titanio: modello in cera o stampato + Rivestimento barriera in zirconio/allumina + Fusione sotto vuoto e colata + rivestimenti barriera in zirconio + crogioli speciali.
Appalti & lista di controllo del disegno (articoli indispensabili)
- Specifica della lega e le proprietà meccaniche/corrosive richieste.
- Obiettivo della finitura superficiale (Ra) e requisiti cosmetici.
- Tolleranze dimensionali & dati critici (identificare le facce lavorate).
- Tipo di conchiglia (famiglia di investimento) e spessore minimo del guscio.
- Vincoli del programma di burnout (se applicabile) e finestra di preriscaldamento/versamento della temperatura.
- NDT & accettazione (radiografia %, test di pressione/perdita, campionamento meccanico).
- Metodo di fusione (gravità / centrifugo / vuoto / pressione) e atmosfera di fusione (aria / Argon / vuoto).
- Crogiolo & requisiti di filtrazione (filtro ceramico, vincoli relativi ai materiali del crogiolo).
- Sciupare & aspettative di riciclaggio (recupero degli investimenti %).
- Sicurezza & profilo di rischio (clausola sui metalli reattivi, esigenze di autorizzazione).
14. Conclusione
La selezione dei materiali nella fusione a cera persa è ampia e interdisciplinare: ogni materiale: cera, investimento, stucco, nucleo, crogiolo e lega: svolge un ruolo funzionale nel processo termico, interazioni chimiche e meccaniche.
Scegli i materiali con un occhio al chimica di fusione e temperatura della lega, necessario finitura superficiale, accettabile porosità, E post-elaborazione.
Per leghe reattive o ad alta temperatura (titanio, Superleghe di Ni), investire in investimenti specializzati (zirconio/allumina), rivestimenti barriera e fusione sotto vuoto.
Per gioielleria e leghe a bassa temperatura, i rivestimenti in gesso e gli stucchi pregiati conferiscono finitura e precisione eccezionali.
Inizio collaborazione tra design, i team di modellazione e fonderia sono essenziali per garantire il set di materiali giusto per un'affidabilità, produzione ad alto rendimento.
Domande frequenti
Come scelgo un investimento per la fusione di acciaio inossidabile?
Scegli un legato al fosfato O allumina/zircone rivestimento rinforzato con rating superiore al liquidus della lega e con sufficiente resistenza a caldo; richiedono un programma di sinterizzazione del guscio che raggiunga temperature del guscio di 1.000–1.200 °C prima del getto.
Posso usare il normale rivestimento in gesso per l'alluminio?
NO. I rivestimenti in gesso si ammorbidiscono e si rompono a temperature relativamente basse; l’alluminio necessita di investimenti formulati per metalli non ferrosi e progettati per gestire le particolari condizioni termiche e chimiche dell’alluminio fuso.
Perché le fusioni in titanio sviluppano un caso alfa?
La custodia alfa è uno strato superficiale fragile arricchito di ossigeno causato dalla reazione del titanio con l'ossigeno ad alta temperatura.
Ridurlo utilizzando rivestimenti barriera in zirconio/allumina, atmosfere sotto vuoto o argon e pulite, investimenti secchi.
È economico recuperare gli investimenti?
Sì, molte fonderie recuperano e riciclano i materiali fini e grossolani tramite la separazione dei liquami, centrifughe e bonifiche termiche.
Gli aspetti economici dipendono dalla produttività e dalla contaminazione.
Quale crogiolo dovrei usare per il bronzo rispetto al titanio?
Bronzo: I crogioli in grafite o SiC con rivestimento spesso funzionano.
Titanio: utilizzare inerte, crogioli senza carbonio e sistemi di fusione a induzione sotto vuoto o con crogiolo freddo: i normali crogioli in grafite reagiscono e contaminano il Ti.
Qual è il sistema refrattario più conveniente per i getti di alluminio?
Sabbia di silice (aggregato) + bicchiere d'acqua (legante) costa il 50–60% in meno rispetto ai sistemi sol-zirconio di silice, e il basso punto di fusione dell’alluminio (615°C) evita la reazione con la silice: ideale per volumi elevati, parti in alluminio a basso costo.
Come riciclare la cera decerata?
La cera decerata viene filtrata attraverso una rete da 5–10 μm per rimuovere le impurità, riscaldato a 80–100°C per omogeneizzare, e riutilizzato 5-8 volte.
Mantiene la cera riciclata 95% delle prestazioni dell’originale e riduce i costi dei materiali di 30%.
