1. Pengenalan
Keluli karbon Pelaburan Pelaburan menggabungkan kesenian kuno dengan kejuruteraan moden untuk menghasilkan kompleks, komponen keluli berkekuatan tinggi.
Dengan menggunakan kaedah lost-wax—di mana corak lilin pakai buang menjadi bahagian keluli kekal—proses ini mencapai toleransi dan kemasan permukaan yang tidak dapat difikirkan dalam tuangan pasir konvensional.
Akarnya meregang ke belakang 5 000 tahun kepada gangsa lilin hilang Mesopotamia, tetapi hanya pada pertengahan abad ke-20, faundri menguasai takat lebur tinggi keluli (1 500-1 600 ° C.) dan julat pemejalan yang sempit.
Hari ini, industri seperti minyak & gas, penjanaan kuasa, jentera berat, dan Automotif bergantung pada tuangan pelaburan keluli karbon untuk badan injap, Impellers pam, selongsong turbin, dan kurungan struktur.
Artikel ini meneroka asas-asasnya, Pemilihan aloi, langkah-langkah proses yang disesuaikan, sifat bahan, kesan alam sekitar, dan kedudukan kompetitif pemutus pelaburan keluli karbon.
2. Asas Pemutus Pelaburan Keluli Karbon
Tuangan keluli karbon memperkenalkan cabaran unik. Keperluan suhu penuangannya yang tinggi sistem cengkerang refraktori mampu menahan suhu di atas 1 700 ° C..
Selain itu, keluli karbon biasanya mempamerkan selang penghabluran sempit-selalunya kurang daripada 70 °C—supaya ia mengecut dengan cepat dan berisiko keliangan dalaman.
Berbanding dengan Pemutus pasir, kaedah pelaburan memberikan ketepatan dimensi ±0.1 mm pada ciri-ciri kecil (berbanding ±1.5 mm) dan kemasan permukaan ke Ra 0.8–3.2 µm (berbanding 12–50 µm).
Namun penempaan masih menghasilkan aliran butiran yang lebih halus dan hayat keletihan yang unggul, menjadikan pemutus pelaburan sebagai pilihan strategik apabila geometri bentuk bersih mengatasi pengoptimuman mekanikal.
3. Aloi Keluli Karbon untuk Tuangan Pelaburan
Memilih yang betul keluli karbon gred menentukan kejayaan pemutus.
Kandungan karbon mempengaruhi kekuatan, Hardenability, dan pengecutan, manakala unsur mengaloi (Mn, Dan, Cr) mengawal kebolehkerasan, ketangguhan, dan memakai rintangan.
Pemutus pelaburan menampung, sederhana-, dan keluli karbon tinggi, setiap satu menawarkan profil prestasi yang berbeza:
- Keluli rendah karbon (< 0.25 %C):
-
- Menawarkan kemuluran dan kebolehkimpalan yang sangat baik.
- Memerlukan rawatan haba yang minimum untuk memberikan kekuatan tegangan 400-550 MPa.
- Berkhidmat dengan baik dalam badan injap, bebibir, dan kelengkapan tujuan am.
- Keluli Medium-Carbon (0.25–0.60 %C):
-
- Mengimbangi kekuatan dan ketangguhan, dengan kekuatan tegangan daripada 500-650 MPa.
- Bertindak balas dengan baik untuk memadamkan & temperatur, mencapai kekerasan sehingga HRC 35–40.
- Lazimnya dibuang ke dalam perumah pam dan kurungan struktur.
- Keluli karbon tinggi (> 0.60 %C):
-
- Menyampaikan kekuatan tegangan di atas 900 MPA selepas rawatan haba.
- Membangunkan rangkaian karbida untuk rintangan haus yang luar biasa.
- Sesuai untuk memotong alat, Pakai plat, dan komponen yang banyak dimuatkan.
4. Proses Pemutus Pelaburan Disesuaikan dengan Keluli Karbon
Corak lilin & Reka bentuk gating
Jurutera mereka bentuk sistem gating yang membekalkan keluli pada kadar terkawal, meminimumkan kejutan haba.
Mati lilin beroperasi pada 65–75 °C, dan gerbang diperbesarkan oleh 20 % relative to aluminum castings to maintain fill velocity.
Sistem Cangkang Seramik
Foundries alternate zirkon dan alumina–silicate buburan, building shells of 12–20 mm.
This combination provides refractoriness beyond 1 700 °C and permeability to vent gas expansion.
Dewaxing & Shell Burnout
Autoclave dewaxing at 150 °C removes bulk wax. Seterusnya, furnaces ramp at 2 °C/min to 900 ° C., holding for 4–6 hours. This slow cycle prevents shell cracking while burning out all organics.
Lebur Keluli & Mencurahkan
Induction furnaces heat charge to 1 550 ± 10 ° C., memastikan 5 % superheat. Foundries use tilt-ladle or vacuum-assist pours to reduce turbulence; small castings fill in 30–60 s, larger in 2–3 min.
Penyingkiran shell & Rawatan permukaan
After 4–8 hours cooling, crews mechanically shake off shells, then grit-blast surfaces to Ra 1.6–3.2 µm. Automated grinders remove gates.
Rawatan haba
Quench from 900 °C into oil or water, then temper at 600 ° C untuk 2 jam. Kitaran ini menghasilkan kekuatan tegangan yang sepadan dengan rakan tempa (400-900 MPa) dan melaraskan kekerasan kepada HRC 20–55.
5. Mekanikal & Sifat fizikal
| Harta | Rendah-C | Med-C | Tinggi-C |
|---|---|---|---|
| Kekuatan tegangan (MPA) | 400-550 | 500-650 | ≥900 |
| Kekuatan hasil (MPA) | 250-350 | 300-450 | 700-850 |
| Pemanjangan (%) | 20-25 | 15-20 | 2-5 |
| Kekerasan (HRC) | 15-20 | 25-35 | 45-55 |
| Kesan ketangguhan (J, Charpy) | 40-60 | 30-50 | 10-20 |
| Kekonduksian terma (W/m · k) | 30-45 | 28-40 | 25-35 |
| Pengembangan (10⁻⁶/K) | 11-13 | 12-14 | 12-14 |
6. Rintangan Kakisan Tuangan Pelaburan Keluli Karbon
Ciri-ciri Kakisan Keluli Karbon
Keluli karbon terdedah kepada pengoksidaan dan berkarat apabila terdedah kepada kelembapan, oksigen, dan agen menghakis seperti asid, garam, dan bahan pencemar industri.
Kadar kakisan biasa dalam persekitaran atmosfera (Mis., bandar atau marin) untuk julat keluli karbon tidak dilindungi antara 0.02–0.2 mm/tahun, bergantung pada keterukan pendedahan.
Rawatan Permukaan dan Salutan Pelindung
Untuk meningkatkan ketahanan dan rintangan kakisan, tuangan keluli karbon sering disalut atau dirawat. Kaedah umum termasuk:
- Galvanisasi (Salutan Zink Hot-Dip)
Menawarkan perlindungan katodik dan digunakan secara meluas dalam aplikasi struktur dan luaran. Zink corrodes lebih disukai, melindungi substrat keluli. - Salutan Fosfat
Digunakan sebagai prarawatan untuk mengecat atau untuk aplikasi tahan haus. Meningkatkan lekatan cat dan memberikan perlindungan kakisan ringan. - Salutan serbuk atau Lukisan
Salutan epoksi atau poliuretana sering digunakan untuk peralatan industri dan barangan pengguna untuk meningkatkan estetika dan perlindungan halangan. - Electroplating (Mis., Zink, Nikel)
Sesuai untuk komponen kecil dan ketepatan. Memberi licin, permukaan tahan kakisan seragam. - Lapisan Polimer atau Salutan Getah
Digunakan dalam persekitaran yang sangat menghakis seperti pemprosesan kimia atau aplikasi rawatan air.
7. Mengapa Casting Pelaburan Keluli Karbon
Memilih tuangan pelaburan keluli karbon memberikan kelebihan yang tiada tandingan apabila permintaan aplikasi geometri kompleks, toleransi yang ketat, dan prestasi mekanikal yang mantap.
Di bawah, kami menggariskan sebab utama jurutera dan pembuat keputusan menyukai proses ini:
Perincian dan Ketepatan Luar Biasa
Pemutus pelaburan menghasilkan semula ciri-ciri halus—potongan kecil, Dinding nipis (turun ke 2 mm), dan sudut tajam—dalam sekali tuang.
Akibatnya, anda capai toleransi dimensi seketat ±0.1 mm dan permukaan habis hingga ke Ra 0.8 μm, memotong pemesinan sekunder sehingga 60 %.
Fleksibiliti Aloi Merentasi Julat Karbon
Sama ada anda memerlukan gred karbon rendah (A216 WCB) untuk badan injap tahan kakisan, Keluli Medium-Carbon (A297) untuk perumah pam,
atau aloi karbon tinggi (A11540) untuk bahagian tahan haus, pemutus pelaburan menempatkan mereka semua.
Akibatnya, anda mengekalkan parameter proses yang konsisten sambil menyesuaikan sifat mekanikal—daripada 400 Kekuatan tegangan MPa ke atas 900 MPA.
Kompleks, Pengeluaran Near-Net-Shape
Dengan menghapuskan teras dan cantuman, tuangan pelaburan menyatukan pemasangan menjadi komponen tunggal—mengurangkan kimpalan, pengikat, dan laluan bocor.
Contohnya, badan injap medan minyak yang dahulunya memerlukan empat kepingan tuangan pasir kini keluar sebagai satu tuangan yang lancar, memotong buruh pemasangan oleh 50 % dan meningkatkan kebolehpercayaan.
Hasil Tinggi dan Kecekapan Bahan
Reka bentuk cangkang yang teliti dan kadar tuangan terkawal meminimumkan keliangan pengecutan, memandu hasil lulus pertama di atas 90 %.
Selain itu, pengoptimuman gating dan riser mengurangkan penggunaan keluli oleh 15 % berbanding dengan pemutus pasir, mengurangkan kos bahan mentah dan sekerap.
Keberkesanan Kos untuk Volum Rendah hingga Sederhana
Walaupun perkakas untuk mati lilin dan cengkerang seramik (USD 15 000-50 000) melebihi tuangan pasir, pulang modal sering berlaku di 1 000-5 000 bahagian setiap tahun.
Sebaliknya, penempaan atau pemesinan bentuk kompleks sedemikian memerlukan kos setiap bahagian yang jauh lebih tinggi dan masa pendahuluan yang lebih lama.
Aplikasi Industri Strategik
Industri seperti minyak & gas, penjanaan kuasa, Automotif, dan peralatan berat bergantung pada tuangan pelaburan keluli karbon untuk komponen kritikal—badan injap, siku ekzos turbin, gandingan,
kerana kaedah mengimbangkan prestasi, kebolehpercayaan, dan pusing balik.
8. Aplikasi Tuangan Keluli Karbon
Minyak & Industri gas
- Badan injap dan penggerak
- Penyambung paip dan gandingan
- Selongsong pam tekanan tinggi
- Bebibir, siku, dan komponen kawalan aliran
Penjanaan kuasa
- Selongsong turbin wap
- Perumahan pam dan pendesak
- Komponen kotak gear
- Penyebar ekzos
Jentera berat dan peralatan perindustrian
- Perumahan gear
- Sokongan galas
- Penyambung dan kurungan casis
- Bahagian tahan haus
Automotif dan pengangkutan
- Lengan dan tanda kurung penggantungan
- Enjin gunung
- Komponen stereng dan pautan
- Bahagian sistem brek
- Pengganding dan kelengkapan kereta api
pertanian & Peralatan Luar Lebuhraya
- kurungan bajak
- Komponen silinder hidraulik
- Mengangkat cangkuk dan belenggu
- Bahagian bingkai
Pertahanan & Tentera
- Perumahan persenjataan
- Mekanisme pencetus
- Komponen kenderaan taktikal
- Kurungan struktur dan lekap
Industri Marin
- Kelengkapan dek
- Struktur sokongan enjin
- Perumahan win
Pembinaan & Perkakasan Struktur
- Komponen kren
- Penyambung pendakap
- Kurungan lif
- Pengganding rebar
Perkakas dan Lekapan
- Lekapan pemesinan
- Kedudukan kimpalan
- Lengan robot dan alat mencengkam
9. Gred Keluli Karbon Biasa yang digunakan dalam Tuangan Pelaburan
Berikut ialah senarai gred keluli karbon biasa yang biasa digunakan dalam tuangan ketepatan (Pelaburan Pelaburan),
Meliputi pelbagai piawaian antarabangsa, yang sesuai untuk syarikat pembuatan global merujuk dan memilih:
| Standard & Gred | Kandungan karbon (C) | Kekuatan tegangan (MPA) | Aplikasi biasa |
|---|---|---|---|
| ASTM A216 WCB | 0.17% maks | 415–485 | Injap, pam, bebibir, aplikasi tekanan umum |
| ASTM A352 LCB | 0.20% maks | 485-620 | Sistem tekanan suhu rendah |
| ASTM A105 | 0.35% maks | 485-655 | Bebibir palsu, kelengkapan, Kapal tekanan |
| Astm aisi 1020 | 0.18–0.23% | 395–510 | Bahagian mesin, aci, komponen automotif |
| Astm aisi 1030 | 0.28–0.34% | 450-600 | Bar struktur, plat rel, Crankshafts |
| Astm aisi 1045 | 0.43-0.50% | 570-750 | Gear, gandar, bolt, Crankshafts |
| Astm aisi 1055 | 0.50-0.60% | 610-830 | Sprocket, bushings, alat tangan |
| Astm aisi 1080 | 0.75–0.88% | 720–880 | Mata air, bilah, bahagian tahan haus |
| A C22 (1.0402) | ~0.22% | 400-500 | Penempaan automotif, peralatan pembinaan |
| EN C45 (1.0503) | ~0.45% | 570-800 | Aci, Spindle, cam |
| DIN GS-C25 | ~ 0.25% | 450-600 | Bahagian kejuruteraan am |
| S25C SAHAJA | ~ 0.25% | 440–580 | Pemalsuan, tuas, perkaitan |
| HE S45C | ~0.45% | 570-800 | Bahagian penghantaran, gear |
| GB 25# | ~ 0.25% | 450-600 | Jentera pertanian, komponen automotif |
| GB 45# | ~0.45% | 570-750 | Bahagian struktur berkekuatan tinggi |
10. Kesimpulan
Tuangan pelaburan keluli karbon merapatkan kesenian dan metalurgi suhu tinggi, menyampaikan bahagian yang bergabung geometri kompleks, toleransi yang ketat, dan prestasi mekanikal yang mantap.
While high tooling costs and process sensitivity pose challenges, advances in shell materials and digital monitoring are reducing lead times and defects.
By selecting the right steel grade, optimizing gating and shell systems, and applying appropriate heat treatments,
manufacturers can leverage investment casting to meet the toughest demands in energy, jentera, dan pengangkutan.
Ini Teknologi is a prominent Chinese manufacturer specializing in carbon steel investment casting, offering comprehensive metal processing solutions tailored to various industrial applications.
With over two decades of experience, Ini has established itself as a reliable partner for clients seeking high-precision, custom-cast components.
Soalan Lazim
Apakah toleransi biasa yang boleh dicapai dengan tuangan pelaburan keluli karbon?
Investment casting typically achieves dimensional tolerances of ±0.10 mm for small features dan sehingga ±0.5 mm for larger features, Bergantung pada kerumitan dan saiz komponen.
Seberapa kuat tuangan pelaburan keluli karbon?
Depending on the grade and heat treatment, kekuatan tegangan berkisar dari 400 MPA ke atas 900 MPA. Keluli karbon boleh dikeraskan untuk meningkatkan ketahanan haus dan hayat keletihan.
Adakah rawatan haba perlu selepas tuang?
Ya, dalam kebanyakan kes. Rawatan haba seperti menormalkan, penyepuhlindapan, atau pelindapkejutan dan pembajaan digunakan untuk meningkatkan sifat mekanikal dan melegakan tekanan dalaman.
Apakah tahap kemasan permukaan untuk keluli karbon tuang pelaburan?
Tuangan pelaburan boleh mencapai kemasan permukaan RA 3.2-6.3 μm, jauh lebih licin daripada tuangan pasir dan selalunya boleh diterima tanpa pemesinan lanjut.
Bolehkah geometri kompleks dan ciri dalaman dilontarkan?
Ya. Pemutus pelaburan membolehkan untuk hampir-net-bentuk penghasilan geometri yang rumit, termasuk Potong, perincian halus, dan dinding nipis—selalunya menghapuskan keperluan untuk kimpalan atau pemasangan.
