Investicinės liejimo medžiagos – anksti pasirinkite tinkamą lydinį

1. Santrauka

Investicijų liejimas (prarasto vaško liejimas) yra vertinamas už formos tikslumą, ploni pjūviai ir sudėtinga geometrija.

Lydinio pasirinkimas yra vienintelis svarbiausias dizaino sprendimas, nes jis lemia: kokias medžiagas ir lydymo/degazavimo būdus liejykla turi naudoti; korpuso chemija ir šaudymo ciklai;

šėrimo ir susitraukimo strategija; pasiekiamos mechaninės savybės ir būtini terminiai apdorojimai po liejimo; tikrinimo ir priėmimo bandymai; ir galiausiai dalies kaina bei pristatymo laikas.

Šiame straipsnyje nagrinėjamos pagrindinės lydinių šeimos, dažniausiai liejamos investavimo procese, lygina jų metalurginį elgesį ir apdorojimo pasekmes, ir pateikia pragmatiškas atrankos gaires, susietas su tipinėmis programomis.

2. Kodėl medžiagų pasirinkimas yra svarbus investuojant

Medžiagos pasirinkimas yra pats svarbiausias inžinerinis sprendimas Investicijų liejimas. Tai lemia ne tik gatavos detalės eksploatacines charakteristikas (stiprybė, atsparumas korozijai, Aukštos temperatūros stabilumas, biologinis suderinamumas, svoris),

bet ir visą gamybos grandinę: lydymosi ir liejimo būdas, apvalkalo chemija ir šaudymas, vartų / stovų strategija, defektų režimai, kuriuos reikia stebėti, reikalingos terminės procedūros, tikrinimo metodai, ciklo laikas, laužo rizika ir visos išlaidos.

3. Medžiagų šeimos, naudojamos investiciniam liejimui

4. Liejimo lydinio medžiagos – galutinio liejinių našumo nustatymas

Renkantis lydinį liejimui, turite atsižvelgti į daugybę tarpusavyje susijusių veiksnių: reikalingos mechaninės savybės (stiprybė, Tvirtumas, nuovargis), veiklos aplinka (temperatūra, Korozinė žiniasklaida),

geometrija (plonos sienos prieš masyvias dalis), Gamyba (sklandumas, užšalimo diapazonas, reaktyvumas), apdorojimas po liejimo (terminis apdorojimas, Hip), tikrinimo poreikius ir kainą.

Geležies lydinių liejiniai

1) Anglies plienas liejiniai

Kokie jie yra: mažai legiruotas plienas, kur anglis yra pagrindinis stiprinantis elementas (Pvz., AISI 1020–1045, ASTM A216 WCB, ekvivalentai).
Savybės & Spektaklis: vidutinio stiprumo, geras kietumas normalizuojant, puikus apdirbamumas ir maža kaina. Tankis ~7,85 g/cm³.
Liejimo svarstymai: kukli lydymosi temperatūra (~1 420–1 540 °C), geras sklandumas daugeliui geometrijų, bet jautrus susitraukimo poringumui sunkiose dalyse.
Apvalkalo ir užtvarų konstrukcija turi užtikrinti tinkamą šėrimą. Vandenilio ir grafito susidarymas gali kelti susirūpinimą kai kurioms klasėms.
Post apdorojimas: normalizuojantis, gesinti & temperamentas (priklausomai nuo pažymio) norint pasiekti norimą kietumą/stiprumą.
Paraiškos: struktūriniai komponentai, korpusai, bendrieji inžineriniai liejiniai, kur atsparumas korozijai nėra kritinis.

2) Legiruotasis plienas liejiniai

Kokie jie yra: plienas, legiruotas su Cr, MO, Į, V, kt., stiprybei pagerinti, kietėjimo ir aukštesnės temperatūros savybės (Pvz., 4140, 4340 šeimos analogai).
Savybės & Spektaklis: didesnis atsparumas tempimui, atsparumas nuovargiui ir kietumas nei paprastas anglinis plienas; gali būti termiškai apdorotas iki didelio stiprumo.
Liejimo svarstymai: didesnis jautrumas segregacijai ir karštam krekingui, kai lydinio kiekis didėja; reikia kruopštaus vartų ir pakėlimo; kai kuriems lydiniams tvirtumui užtikrinti reikalingas vakuuminis arba deoksiduotas lydalas.
Post apdorojimas: kritiniai gesinimo / temperavimo ciklai, iškraipymo kontrolė terminio apdorojimo metu. Gali prireikti sumažinti stresą ir grūdinti, kad subalansuotų savybes.
Paraiškos: pavaros, velenai, didelio įtempimo turinčios konstrukcijos dalys, naftos telkinių komponentai.

3) Nerūdijančio plieno liejiniai

Kokie jie yra: geležies lydiniai su ≥10,5% Cr; šeimos apima austenitinį (304/316/CF8/CF8M), martensitic (410/420), Duplex (2205) ir kritulių grūdinimas (17-4 Ph).

Savybės & Spektaklis: atsparumas korozijai svyruoja nuo bendrojo (austenitas) iki didelio atsparumo chloridui (Duplex/SuperDuplex);
mechaninės savybės labai skiriasi – dupleksas pasižymi dideliu stiprumu + Geras atsparumas korozijai; 17-4 PH suteikia didelį stiprumą po senėjimo.

Liejimo svarstymai: nerūdijančio plieno lydalai sudaro oksidą/šlaką; lydalo chemijos kontrolė, deoksidacija ir intarpų pašalinimas paviršiaus apdailai ir mechaninėms savybėms.
Kietėjimo susitraukimas ir jautrumas karštoms ašaroms skiriasi įvairiose klasėse.
Post apdorojimas: Sprendimo metinė, gesinimas ir senėjimas (PH klasėms); dupleksas gali reikalauti kruopštaus terminio apdorojimo, kad būtų išlaikyta fazių pusiausvyra. Po apdirbimo dažnai vyksta pasyvavimas ir ėsdinimas.
Paraiškos: chemijos gamyklos komponentai, vožtuvai, Jūrų įranga, sanitarines dalis, Maisto apdorojimas, Medicinos prietaisai.

Spalvotųjų metalų lydinių liejiniai

4) Aliuminio lydinys liejiniai

Kokie jie yra: Al-Taip, Al-Cu ir Al-Mg šeimos (Pvz., A356, A357, ADC12, 6061-tipas) liejiniams komponentams.
Savybės & Spektaklis: mažas tankis (~2,7 g/cm³), geras specifinis stiprumas (po kai kurių lydinių terminio apdorojimo), puikus atsparumas korozijai, kai yra tinkamai legiruotas; puikus šilumos/elektros laidumas.
Liejimo svarstymai: labai geras sklandumas užtikrina plonas sienas ir smulkias detales, bet vandenilio poringumas, oksido plėvelės ir karštas tam tikrų konformacijų plyšimas yra pagrindinė rizika.
Korpuso degimo temperatūra ir vaško pašalinimo grafikai skiriasi nuo darbo su geležimi. Vandenilio valdymas, lydalo švara ir tinkami užtvarai yra labai svarbūs.
Post apdorojimas: tirpalo terminis apdorojimas ir dirbtinis sendinimas (T6) dėl stiprybės; kartais HIP svarbioms kosmoso dalims.
Paraiškos: Aviacijos ir kosmoso korpusai, lengvi automobilių komponentai, šilumą išsklaidančios dalys.

5) Vario-baziniai lydiniai (bronza, Žalvaris, aliuminio bronza)

Kokie jie yra: Su-Sn (bronza), Cu-Zn (Žalvaris), Su (aliuminio bronza), Su mumis, ir variantai.
Savybės & Spektaklis: Puikus atsparumas korozijai (ypač Cu-Ni/Al-bronza), geros guolių savybės ir šilumos/elektros laidumas. Tankis ~8,4–8,9 g/cm³.

Liejimo svarstymai: žemesnės lydymosi temperatūros nei plieno; didelis šilumos laidumas turi įtakos kietėjimo elgsenai (greitas aušinimas).
Geras sklandumas leidžia įgyvendinti smulkias detales. Susitraukimo ir karšto įtrūkimo rizika priklauso nuo lydinio sudėties.
Post apdorojimas: atkaitinimas elastingumui užtikrinti, apdirbimas dažnai būna sunkus (darbo grūdinimasis); tam tikroje aplinkoje veikiamų žalvario paviršiaus apdailos ir cinko pašalinimo problemos.
Paraiškos: Jūrų įranga, siurblio komponentai, guoliai, dekoratyvinės ir elektrinės dalys.

6) Titanas-lydinių liejiniai

Kokie jie yra: daugiausia Ti-6Al-4V ir kiti Ti lydiniai, pasižymintys dideliu specifiniu stiprumu ir biologiniu suderinamumu.
Savybės & Spektaklis: puikus stiprumas ir svoris, atsparumas korozijai ir biologinis suderinamumas; mažas tankis (~4,4 g/cm³).

Liejimo svarstymai: labai reaktyvus lydalas (Deguonis, azoto surinkimas) — vakuuminis/argono lydymas ir užpylimas, reikalingas siekiant išvengti trapumo ir intarpų.
Kietėjimo susitraukimui ir oksidų susidarymui reikalingos specializuotos apvalkalo medžiagos ir lydymosi praktika. Gamybos sąnaudos ir įrangos reikalavimai yra dideli.
Post apdorojimas: vakuuminis terminis apdorojimas, streso palengvinimas, HIP bendras, kad būtų uždarytas kritinių komponentų poringumas. Paviršiaus apdaila yra svarbi nuovargiui jautrioms dalims.
Paraiškos: aviacijos ir erdvės konstrukcijų komponentai, Medicininiai implantai, aukštos kokybės sporto prekės.

Aukštos temperatūros lydinių liejiniai

7) Nikelio pagrindo superlydiniai

Kokie jie yra: Ni-Cr-Co-Al-Ti lydiniai (Inconel, Rene, Nimonų šeimos) Sukurtas stiprumui ir atsparumui šliaužti aukštesnėje temperatūroje (iki ~1000 °C ir daugiau kai kurių lydinių).
Savybės & Spektaklis: puikus valkšnumo stiprumas, atsparumas oksidacijai ir korozijai aukštoje temperatūroje; tankis apie 8,2–8,5 g/cm³.

Liejimo svarstymai: ilgas kietėjimo diapazonas skatina segregaciją ir susitraukimo defektus; vakuuminis indukcinis lydymas, griežta dujų pašalinimo ir įtraukimo kontrolė yra labai svarbios.
Kryptinis kietėjimas ir vieno kristalo liejimas yra specializuoti turbinų menčių variantai (skirtinga proceso grandinė).
Post apdorojimas: kompleksinis tirpalas ir sendinimo terminis apdorojimas, kad susidarytų γ′ nuosėdos; HIP ir apdirbimas yra įprasti. Aviacijos ir kosmoso sektoriaus sertifikavimui reikalingas griežtas NDT.
Paraiškos: dujų turbinos karštosios sekcijos dalys, aviacijos ir kosmoso, energijos generavimas, aukštos temperatūros cheminis apdorojimas.

8) Kobalto pagrindo lydiniai

Kokie jie yra: Co-Cr-Mo ir susijusios kompozicijos, naudojamos ten, kur reikalingas nusidėvėjimas ir atsparumas aukštai temperatūrai (Pvz., stelitų šeima).
Savybės & Spektaklis: geras karštas kietumas, atsparumas dilimui ir atsparumas korozijai. Dažnai naudojamas ten, kur yra slydimo susidėvėjimas esant aukštai temperatūrai.
Liejimo svarstymai: aukšta lydymosi temperatūra ir jautrumas segregacijai; apdirbimas yra sudėtingas dėl didelio kietumo.
Post apdorojimas: tirpalas/senėjimas (kai taikoma), tribologinių paviršių šlifavimas ir poliravimas.
Paraiškos: turbinos sandarikliai, vožtuvų lizdai, biomedicininiai dantų lydiniai (Bendradarbis), susidėvintys komponentai.

9) Aukštos temperatūros lydiniai geležies pagrindu

Kokie jie yra: karščiui atsparūs lygintuvai (Pvz., Fe-Cr-Al, nerūdijantis plienas, sukurtas aukštai temperatūrai).
Savybės & Spektaklis: ekonomiškai efektyvus esant vidutiniškai aukštai temperatūrai, geras atsparumas oksidacijai su tinkamu legiravimu.
Liejimo svarstymai & paraiškos: naudojamas ten, kur aukšta temperatūra, tačiau nikelio lydinių ypatingas atsparumas valkšnumui nereikalingas (Pvz., krosnies dalys, kai kurie pramoniniai degikliai).

Specialios paskirties lydinių liejiniai

Tauriųjų metalų lydiniai (aukso, sidabras, platina)

Kokie jie yra: Au, Ag ir Pt lydiniai juvelyriniams dirbiniams, tikslūs kontaktai ir katalizinis naudojimas.
Savybės & Spektaklis: puikus atsparumas korozijai ir estetinės savybės; kintamo mechaninio stiprumo priklausomai nuo karatų ir legiravimo.
Liejimo svarstymai: žemos lydymosi temperatūros (aukso ~1 064 °C), puikus sklandumas; vakuuminis arba kontroliuojamos atmosferos liejimas pagerina paviršiaus apdailą.
Investicijų liejimas (Pamiršta vaškas) yra dominuojantis papuošalų gamybos būdas.
Paraiškos: papuošalai, elektronikos kontaktai, dekoratyvinis ir specialus chemijos naudojimas.

Magnetiniai lydiniai (Al-Ni-Co, Nd-Fe-B variantai)

Kokie jie yra: nuolatinio magneto medžiagos ir minkštieji magnetiniai lydiniai; pastaba: daug didelės energijos magnetų (Nd-Fe-B) paprastai nėra gaminami liejimo būdu, nes būdingi miltelių ir konsolidavimo procesai. Al-Ni-Co galima išlieti.
Savybės & Spektaklis: magnetinė koercicija, srauto tankis ir temperatūros stabilumas lemia tinkamumą.
Liejimo svarstymai: magnetiniams lydiniams reikalingas kontroliuojamas kietėjimas, kad būtų išvengta nepageidaujamų fazių; reikalingas apdorojimas po įmagnetinimo.
Paraiškos: Jutikliai, variklius, instrumentai.

Formos atminties lydiniai (Ni-Ti / Nitinolis)

Kokie jie yra: beveik vienodo atomo nikelio-titano lydiniai, pasižymintys formos atmintimi ir superelastingu elgesiu.
Savybės & Spektaklis: grįžtamos martensitinės transformacijos sukuria didelius regeneruojamus štamus; naudojami pavarose ir medicinos prietaisuose.
Liejimo svarstymai: Ni-Ti yra reaktyvus ir jautrus kompozicijai; Vakuuminis lydymas ir tikslus Ni / Ti santykio valdymas yra labai svarbūs;
dažnai gaminami liejimo būdu, kad būtų sudėtingos geometrijos, tačiau dažnai naudojami miltelių metalurgijos ir C formos komponentai. Terminis apdorojimas po liejimo pritaiko transformacijos temperatūrą.
Paraiškos: Medicinos prietaisai (stentai, kabės), pavaros ir prisitaikančios konstrukcijos.

5. Išvados

Medžiagos pasirinkimas yra vienintelis įtakingiausias sprendimas investuojant.

Jis reglamentuoja ne tik dalies eksploatacinį veikimą (stiprybė, nuovargis, korozija, temperatūros galimybė, biologinis suderinamumas, masė)

bet ir kiekvienas praktinis gamybos aspektas: lydymosi metodas, apvalkalo chemija ir šaudymas, vartų ir šėrimo strategija, galimų defektų režimai, reikalingas terminis apdorojimas ir NDT, kaina ir pristatymo laikas.

Raktas, veiksmingos išvados:

• Pradėkite nuo funkcijos, ne įprotis. Apibrėžkite dominuojančias paslaugų tvarkykles (temperatūra, korozija, dėvėti, nuovargio gyvenimas, svoris, reguliavimo suvaržymus)
  ir leiskite jiems priskirti jus materialiai šeimai (Pvz., nikelio lydiniai, skirti valkšnumui aukštoje temperatūroje, titanas, užtikrinantis stiprumą ir svorį bei biologinį suderinamumą, nerūdijančio plieno dvipusis chlorido aptarnavimas, bronzos jūriniams drabužiams, brangieji metalai papuošalams/elektriniams kontaktams).
• Suderinkite liejyklos galimybes su lydinio paklausa. Daug lydinių (titanas, superlydiniai, kobalto lydiniai) reikalingas vakuumas arba inertiškas lydymas, Hip, ir išplėstinis NDT.
  Nenurodykite specialaus lydinio, nebent kvalifikuotas tiekėjas gali jį pristatyti ir sertifikuoti.
• Dizainas ir procesas yra kartu priklausomi. Lydinio atributai (lydymosi diapazonas, sklandumas, susitraukimas, reaktyvumas, segregacijos tendencija, Šilumos laidumas) turi būti naudojamas įrankių kompensavimui nustatyti, vartų / stovų dizainas, apvalkalo sistema ir vaško pašalinimo / deginimo tvarkaraščiai.
  Ankstyvas modeliavimas ir bandomasis liejimas iš esmės sumažina riziką.
• Suplanuokite veiksmus po liejimo iš anksto. Terminis apdorojimas, Hip, paviršiaus apdaila ir apdirbimas turi įtakos matmenų kontrolei ir sąnaudoms.
  Kritiniams komponentams, nurodykite šiuos veiksmus RFQ (ir apima priėmimo testus bei atsekamumą).
• Kontroliuokite kokybę pagal specifikaciją. Reikalauti MTR, terminio apdorojimo įrašai, apibrėžtus NDT režimus (rentgenografija/KT vidinio poringumo nustatymui, ultragarsas, skirtas storoms juodųjų metalų sekcijoms, dažų prasiskverbimas paviršiams), ir aiškiai nurodytas priėmimo standartas.
  Apibrėžkite poringumo ribas, inkliuzai ir mechaninės savybės.
• Balanso kaina, tvarkaraštis ir rizika. Specialūs lydiniai ir griežti priėmimo protokolai padidina pristatymo laiką ir išlaidas.
  Naudokite paprasčiausią lydinį, kuris atitinka funkcinius reikalavimus, ir, jei įmanoma, nustatykite alternatyvas.

DUK

Ar galima investuoti bet kokį metalą?

Tinka daug metalų ir lydinių (plienų, nerūdijantis, nikelio ir kobalto superlydiniai, vario lydiniai, aliuminis, titanas, taurieji metalai).

Tačiau, tinkamumas priklauso nuo liejimo galimybių: reaktyvieji metalai (titanas, magnis) o aukšto lydymosi superlydiniams reikia vakuuminio/inertinio lydymo ir specialių apvalkalo sistemų.

Kai kurie magnetiniai ir miltelių metalurgijos lydiniai nėra praktiški naudojant įprastą investicinį liejimą.

Kaip pasirinkti iš lydinių, kai keli atitinka našumo poreikius?

Reikalavimai rangui (privalomas vs pageidautinas), tada įvertinkite pagaminamumą (liejyklos galimybes, reikia HIP arba vakuuminio lydalo), Kaina, pristatymo laikas ir tikrinimo našta.

Pilotiniai liejiniai ir gyvavimo ciklo sąnaudų analizė padeda pasirinkti optimalų kompromisą.

Ar visiems lydiniams reikia specialių apvalkalo medžiagų ar dangų?

Kai kurie tai daro. Reaktyvūs arba aukštos temperatūros lydalai (Pvz., titanas, tam tikri superlydiniai) gali prireikti inertiškų veido sluoksnių (cirkonis, aliuminio oksidas) ir kontroliuojamas šaudymas, kad būtų išvengta metalo apvalkalo reakcijos.
Aptarkite apvalkalo formulę su savo liejykla projektavimo metu.

Kaip lydinio pasirinkimas turi įtakos paviršiaus apdailai ir apdirbamumui?

Metalai, tokie kaip vario lydiniai ir aliuminis, paprastai užtikrina puikų paviršiaus apdailą ir apdirbamumą; nikelio ir kobalto lydinius sunkiau apdirbti, todėl gali prireikti specialių įrankių.

Nerūdijantis plienas skiriasi – dvipusis ir PH klasės apdirbamas skirtingai nei austenitinis plienas. Į dizainą įtraukite apdirbimo pašalpą ir įrankius.

O korozija ir aplinkos suderinamumas?

Korozijos savybės pirmiausia priklauso nuo lydinio chemijos ir apdorojimo po liejimo (terminis gydymas, pasyvavimas, danga).

Agresyviai žiniasklaidai (Chloridai, rūgštys), pasirinkti korozijai atsparius lydinius (dvipusis nerūdijantis, Nikelio lydiniai) ir reikalauti atitinkamų kvalifikacijos testų (duobė, SCC).
Aplinkosaugos taisyklės (Pvz., Rohs, apriboti elementai) taip pat gali turėti įtakos lydinio pasirinkimui.

Kiek daugiau kainuoja superlydinio liejinys, palyginti su plieno liejiniu?

Kainos labai skiriasi priklausomai nuo lydinio, sudėtingumas ir tolesnis apdorojimas.

Dėl brangių žaliavų superlydiniai ir reaktyvieji metalai paprastai kainuoja kelis kartus daugiau nei įprasti plienai, vakuuminės krosnys, Hip, ir pratęstas NDT.

Naudokite visas nuosavybės išlaidas (medžiaga + apdorojimas + patikrinimas + derlius) o ne vien žaliavinio lydalo kaina.