1. Invoering
Investeringsgieten, ook wel verlorenwasgieten genoemd, is een precisieproductiemethode die al duizenden jaren wordt gebruikt. Dit proces omvat het creëren van een gedetailleerd waspatroon, bestrijk het met keramiek, en vervolgens de was uitsmelten om een mal te vormen.
In deze mal wordt gesmolten metaal gegoten, en zodra het stolt, de keramische schaal wordt verwijderd, het onthullen van de laatste castcomponent.
Dankzij dit proces kunnen fabrikanten gedetailleerde componenten met een uitstekende oppervlakteafwerking produceren, wat vooral waardevol is in industrieën waar nauwkeurigheid en kwaliteit voorop staan.
Roestvrij staal, bekend om zijn corrosiebestendigheid, duurzaamheid, en esthetische aantrekkingskracht, is een populaire materiaalkeuze voor investeringsgieten.
De combinatie van deze twee elementen – roestvrij staal en precisiegietwerk – heeft in een breed scala van industrieën steeds meer de voorkeur gekregen, van lucht- en ruimtevaart tot medische apparatuur, vanwege het vermogen om hoge precisie te produceren, complexe onderdelen met uitstekende oppervlakteafwerking en minimale materiaalverspilling.
2. Wat is roestvrijstalen investeringsgietwerk?
Definitie en overzicht:
Investeringsgietwerk van roestvrij staal is een proces waarbij een waspatroon van het gewenste onderdeel wordt gemaakt, bekleed met een keramische schaal, en dan wordt de was gesmolten, een holle mal achterlatend. In deze mal wordt vervolgens gesmolten roestvrij staal gegoten.
Zodra het metaal stolt, de keramische schaal wordt verwijderd, het onthullen van de laatste castcomponent. Met deze methode kunnen zeer gedetailleerde en nauwkeurige onderdelen worden gemaakt, waardoor het ideaal is voor complexe geometrieën en toepassingen met hoge precisie.
Historische ontwikkeling:
De wortels van investeringsgieten zijn terug te voeren op oude beschavingen, zoals de Chinezen, die het voor sieraden gebruikte.
Het moderne proces werd ontwikkeld in de 20e eeuw, met aanzienlijke vooruitgang in materialen en technieken, waardoor het een betrouwbare methode is voor het produceren van onderdelen met hoge precisie.
De introductie van roestvrij staal in het begin van de 20e eeuw heeft de mogelijkheden van investeringsgieten verder vergroot, waardoor de productie van onderdelen met superieure corrosieweerstand en mechanische eigenschappen mogelijk is.
Vergelijking met andere giettechnieken:
- Zandgieten: Hierbij wordt gesmolten metaal in een zandvorm gegoten. Het is minder nauwkeurig en heeft een ruwere oppervlakteafwerking in vergelijking met investeringsgieten. Zandgieten is meer geschikt voor grote, eenvoudige onderdelen.
- Spuitgieten: Gebruikt hoge druk om gesmolten metaal in een matrijs te injecteren. Terwijl het sneller en kosteneffectiever is voor grote productieruns, het is beperkt in de complexiteit van de vormen die het kan produceren. Spuitgieten is ideaal voor grote volumes, onderdelen met een lage complexiteit.
- Investeringscasting: Biedt de hoogste precisie en de mogelijkheid om complexen te creëren, ingewikkelde vormen. Het is bijzonder geschikt voor kleine tot middelgrote productieruns en onderdelen die een hoog detailniveau en oppervlakteafwerking vereisen.
3. Het investeringsgietproces
Het investeringsgietproces is een zeer nauwkeurige methode die wordt gebruikt om complexe metalen onderdelen te maken, vooral uit roestvrij staal.
Deze techniek, ook wel verlorenwasgieten genoemd, omvat verschillende gedetailleerde stappen die een waspatroon transformeren in een duurzaam metalen onderdeel.
Hier is een overzicht van het investeringsgietproces:
Stap 1: Productontwerp en matrijsontwerp
Het proces begint met een gedegen productontwerp, waarbij vaak gebruik wordt gemaakt van CAD-software om een 3D-model van het onderdeel te maken.
Ingenieurs houden rekening met factoren zoals functionaliteit, kracht, en productiegemak. Het ontwerp bepaalt ook de matrijsconfiguratie, die moeten worden afgestemd op de specificaties van het onderdeel en een goede metaalstroom tijdens het gieten moeten garanderen.
Stap 2: Creëren en inspecteren van waspatronen
Zodra het ontwerp definitief is, fabrikanten creëren waspatronen die het eindproduct repliceren. Dit wordt meestal gedaan door gesmolten was in een mal te injecteren.
Elk waspatroon wordt zorgvuldig geïnspecteerd op maatnauwkeurigheid en oppervlaktedetails, aangezien eventuele onvolkomenheden een directe invloed hebben op de uiteindelijke cast.
Stap 3: Montage
De individuele waspatronen worden samengevoegd tot een boomachtige structuur, een ‘sproe’ genoemd. Hierdoor kunnen meerdere onderdelen tegelijkertijd worden gegoten, het verbeteren van de productie-efficiëntie.
Het goed aanbrengen van de patronen zorgt voor een optimale metaalstroom en warmteverdeling tijdens het gieten.
Stap 4: Het maken van de keramische mal
De geassembleerde wasboom wordt in een keramische slurry gedompeld, die de waspatronen bedekt. De keramische mal wordt in lagen opgebouwd, waardoor het dik en stevig genoeg wordt om de hoge temperaturen van het gesmolten metaal te weerstaan.
Eenmaal gecoat, de mal wordt verwarmd om het keramische materiaal te drogen en uit te harden.
Stap 5: Was verwijderen en schimmel bakken
Nadat de keramische mal is uitgehard, het wordt in een oven geplaatst waar de was wordt gesmolten en afgevoerd.
Hierdoor blijft een holle mal achter die het waspatroon nauwkeurig weerspiegelt. Na het verwijderen van was, de mal wordt gebakken om het keramiek verder uit te harden en klaar te maken voor het gieten.
Stap 6: Gieten van gesmolten roestvrij staal
De keramische mal wordt voorverwarmd om thermische schokken te minimaliseren wanneer het gesmolten roestvrij staal wordt gegoten. Het staal wordt verwarmd tot het smeltpunt en vervolgens in de mal gegoten.
Zorgvuldige controle van de temperatuur en giettechnieken zorgt voor een volledige vulling van de mal en legt de fijne details van het ontwerp vast.
Stap 7: Koeling en schimmelverwijdering
Zodra het gesmolten staal is afgekoeld en gestold, de keramische mal wordt weggebroken om het ruwe gegoten deel zichtbaar te maken.
Deze stap moet met zorg worden uitgevoerd om schade aan het nieuw gevormde onderdeel te voorkomen.
Stap 8: Snijden en slijpen
De gegoten delen zijn gescheiden van de spruw, en overtollig materiaal wordt verwijderd door middel van snij- en slijpprocessen.
Deze stap bereidt het onderdeel voor op afwerking door ruwe randen glad te strijken en ervoor te zorgen dat het voldoet aan de ontwerpspecificaties.
Stap 9: Afwerking
De uiteindelijke gegoten stukken ondergaan oppervlaktebehandelingen om hun uiterlijk en prestaties te verbeteren. Veel voorkomende afwerkingsprocessen zijn onder meer polijsten, warmtebehandeling, en coating.
Deze behandelingen verbeteren de oppervlaktekwaliteit en kunnen de corrosieweerstand of sterkte verhogen.
4. Voordelen van roestvrijstalen investeringsgietwerk
Investeringsgieten van roestvrij staal biedt verschillende voordelen waardoor het de voorkeursmethode is voor het vervaardigen van complexe metalen onderdelen:
- Precisie en fijne details
Investeringsgieten levert ongeëvenaarde precisie, waardoor fabrikanten ingewikkelde ontwerpen met nauwe toleranties kunnen produceren. Het proces legt fijne details vast die bij andere gietmethoden vaak over het hoofd worden gezien. - Complexe vormen
Fabrikanten kunnen onderdelen maken met complexe geometrieën, inclusief interne holtes, dunne muren, en ingewikkelde rondingen, dat zou met andere giettechnieken moeilijk of onmogelijk zijn. - Uitstekende oppervlakteafwerking
Het investeringsgietproces resulteert in een soepel proces, hoogwaardige oppervlakteafwerking, waardoor de noodzaak voor machinale bewerking na de productie wordt verminderd. - Minimale materiaalverspilling
Bij investeringsgieten wordt gebruik gemaakt van bijna-netvormige productie, Dit betekent dat er tijdens het proces weinig tot geen materiaal wordt verspild. Deze efficiëntie vermindert zowel de materiaalkosten als de impact op het milieu. - Superieure sterkte en duurzaamheid
Roestvrij staal biedt uitzonderlijke mechanische eigenschappen, zoals hoge treksterkte, corrosiebestendigheid, en hittebestendigheid, waardoor het geschikt is voor ruwe omgevingen.
5. Gemeenschappelijke roestvrijstalen legeringen die worden gebruikt bij het gieten van investeringen
Bij investeringsgieten kunnen verschillende roestvrijstalen legeringen worden gebruikt, elk biedt specifieke voordelen op basis van de toepassing. Enkele van de meest voorkomende legeringen zijn onder meer:
| Austenitisch roestvrij staal | Ferritisch & Martensitisch roestvrij staal | Neerslagverharding (PH) Martensitische roestvaste staalsoorten | Austenitisch/ferritisch (Dubbelzijdig) Roestvrij staal |
| 300 Serie roestvrij (ANSI-equivalent) | 400 Serie roestvrij (ANSI-equivalent) | 14-4 PH-serie 15-5 PH-serie 17-4 PH-serie |
2205 Serie |
| CF16F (303) CF8 (304) CF3 (304L) CH20 (309) CK20 (310) CF8M (316) CF3M (316L) |
CA15 (410) IC 416 (416) CA40 (420) IC 431 (431) IC-440A (440A) IC-440C (440C) |
AMS5340
ASTM A 747 CB7Cu-2 ASTM A 747 CB 7Cu-1 |
X2CrNiMoN22-5-3 |
Gemeenschappelijke gegoten roestvrijstalen kwaliteiten, Functies, Toepassingen
| Cijfers | Functies | Toepassingen |
| 304 | Austenitisch roestvrij staal met over 8% nikkelgehalte, vaak gebruikt voor zowel huishoudelijke als commerciële toepassingen, is het meest gebruikte materiaal bij het gieten van roestvrij staal.
Bijvoorbeeld, 304 roestvrijstalen gietstukken presteren goed in omgevingen met minimale luchtcorrosie. |
Medisch, voedingsindustrie, chemische industrie, mechanische uitrusting, pijp industrie, auto-industrie, enz. |
| 316 | Ook austenitisch roestvast staal met meer dan Ni-gehalte 10%. Vanwege het hogere Ni-gehalte, 316 roestvrijstalen gietstukken hebben een betere corrosieweerstand dan 304 roestvrijstalen gietstukken.
Dergelijke roestvrijstalen gietstukken zijn beter geschikt voor het maritieme milieu met relatief barre luchtomstandigheden of chemische materialen waarmee contact moet worden gemaakt. |
Brandbestrijding, auto-onderdelen, maritieme hardware, chemisch, pijpleiding, bouw, decoratie, voedingsindustrie, enz. |
| 304L / 316L | De mechanische eigenschappen liggen dicht bij die van 304 En 316 materialen.
L staat voor een lager koolstofgehalte, waardoor het materiaal taaier wordt, heeft goede lasprestaties, en heeft een betrouwbaardere corrosieweerstand. De prijs is hoger dan die van materialen van dezelfde kwaliteit. |
Voedsel, chemisch, medisch, sanitair, enz. |
| 410 & 416 | Serie 400 behoort tot martensitisch roestvrij staal, die wordt gekenmerkt door hoge sterkte, goede verwerkingsprestaties, en hoge warmtebehandelingshardheid, en bevat geen Ni, dus de corrosieweerstand is zwak. | Auto-onderdelen, hulpmiddelen, messen, enz. |
| 17-4 PH | 17-4 behoort tot martensitisch roestvast staal met een Ni-gehalte van 3%-5% en goede corrosieweerstand.
Het heeft de hoogste sterkte in de RVS-serie en wordt doorgaans gebruikt voor producten en componenten die niet gevoelig zijn voor vervorming. |
Militair, medisch, mechanische componenten, werktuigmachines, turbinebladen, enz. |
| 2205 | Duplex roestvrij staal 2205, met 22% chroom, 2.5% molybdeen, En 4.5% nikkel-stikstof, biedt superieure sterkte, slagvastheid, en uitstekende weerstand tegen zowel algemene als plaatselijke spanningscorrosie. | Sportief, pomp & kleppen industrie, enz. |
Chemische samenstellingen ervan
| Cijfers | C | En | Mn | S | P | Cr | In | ma |
| 304 | ≤0,08 | ≤1,00 | ≤2,00 | ≤0,03 | ≤0,045 | 18 ~ 20 | 8 ~ 11 | – |
| 304L | ≤0,03 | ≤1,00 | ≤2,00 | ≤0,03 | ≤0,035 | 18 ~ 20 | 8 ~ 12 | – |
| 316 | ≤0,08 | ≤1,00 | ≤2,00 | ≤0,03 | ≤0,045 | 16 ~ 18 | 10 ~ 14 | 2 ~ 3 |
| 316L | ≤0,03 | ≤1,00 | ≤2,00 | ≤0,03 | ≤0,045 | 16 ~ 18 | 10 ~ 14 | 2 ~ 3 |
| 410 | ≤0,03 | ≤1,00 | ≤1,00 | ≤0,03 | ≤0,040 | 11 ~ 13.5 | ≤0,6 | – |
| 416 | ≤0,15 | ≤1,00 | ≤1,25 | ≤0,15 | ≤0,060 | 12 ~ 14 | ≤0,6 | – |
| 17-4 ph | ≤0,07 | ≤1,00 | ≤1,00 | ≤0,03 | ≤0,040 | 15.5 ~ 17.5 | 3 ~ 5 | – |
| 2205 | ≤0,03 | ≤1,00 | ≤2,00 | ≤0,03 | ≤0,040 | 21 ~ 24 | 4.5 ~ 6.5 | 2.5 ~ 3.5 |
De chemische samenstelling van elke legering beïnvloedt factoren zoals corrosieweerstand, bewerkbaarheid, en prestaties in extreme omgevingen, waardoor fabrikanten materialen kunnen afstemmen op specifieke toepassingen.
6. Toepassingen van roestvrijstalen investeringsgietwerk
- Lucht- en ruimtevaartindustrie:
-
- Componenten: Motoronderdelen, turbinebladen, structurele componenten, en landingsgestel.
- Voordelen: Hoge sterkte, hittebestendigheid, en precisie. Deze onderdelen moeten bestand zijn tegen extreme omstandigheden, en investeringsgieten zorgen ervoor dat ze voldoen aan de strenge eisen van de lucht- en ruimtevaartindustrie.
- Auto-industrie:
-
- Componenten: Motorcomponenten, versnellingen, kleppen, en structurele onderdelen.
- Voordelen: Duurzaamheid, precisie, en minimale materiaalverspilling. Investeringsgieten maakt de productie van lichtgewicht mogelijk, hoogwaardige onderdelen die het brandstofverbruik en de voertuigprestaties verbeteren.
- Medische en chirurgische hulpmiddelen:
-
- Componenten: Instrumenten met hoge precisie, chirurgische instrumenten, en implantaten.
- Voordelen: Biocompatibiliteit, corrosiebestendigheid, en uitstekende oppervlakteafwerking. Deze onderdelen moeten zeer nauwkeurig en duurzaam zijn, en investeringsgieten zorgen ervoor dat ze voldoen aan de strenge normen van de medische industrie.
- Energie en energieopwekking:
-
- Componenten: Onderdelen gebruikt in turbines, energiecentrales, en hernieuwbare energiesystemen.
- Voordelen: Bestand tegen hoge temperaturen, corrosiebestendigheid, en lange levensduur. Deze onderdelen moeten onder zware omstandigheden functioneren, en investeringsgieten zorgt voor de nodige sterkte en duurzaamheid.
- Voedings- en drankenindustrie:
-
- Componenten: Corrosiebestendige componenten voor voedselverwerking, zoals pompen, kleppen, en mengapparatuur.
- Voordelen: Hygiënisch, gemakkelijk schoon te maken, en duurzaam. RVS-gietwerk zorgt ervoor dat deze onderdelen voldoen aan de strenge hygiëne- en veiligheidsnormen van de voedingsmiddelen- en drankenindustrie.
- Maritieme industrie:
-
- Componenten: Gietstukken voor de scheepsbouw, offshore-platforms, en maritieme uitrusting.
- Voordelen: Uitstekende corrosieweerstand en duurzaamheid. Deze onderdelen moeten bestand zijn tegen het barre maritieme milieu, en investeringsgieten biedt de nodige weerstand tegen zout water en andere corrosieve elementen.
7. Uitdagingen bij het gieten van roestvrij staal
Terwijl het gieten van roestvrij staal aanzienlijke voordelen biedt, er blijven enkele uitdagingen bestaan:
- Hoge initiële kosten
De kosten voor matrijsontwerp en gereedschap kunnen aanzienlijk zijn, vooral voor kleine productieruns. Echter, deze kosten worden gecompenseerd door de precisie en kwaliteit van het eindproduct. - Langere productietijden
Het investeringsgietproces omvat meerdere stappen, elk vereist tijd en precisie, wat de algehele productietijdlijn kan verlengen. - Complexe post-castingprocessen
Extra bewerking, warmtebehandeling, en afwerkingsstappen kunnen nodig zijn om aan specifieke onderdeelvereisten te voldoen, waardoor zowel de tijd als de kosten toenemen.
8. Kwaliteitscontrole en testen bij investeringsgieten
- Niet-destructief testen (NDT): Technieken zoals röntgenstralen, ultrasoon testen, en magnetische deeltjesinspectie worden gebruikt om interne defecten op te sporen, zoals porositeit, insluitsels, en scheuren. Deze methoden garanderen de integriteit en betrouwbaarheid van de gegoten onderdelen.
- Dimensionale nauwkeurigheidsinspecties: Nauwkeurige metingen met behulp van coördinatenmeetmachines (CMM) en andere metrologische hulpmiddelen zorgen ervoor dat het gegoten onderdeel voldoet aan de vereiste specificaties en toleranties.
- Testen van materiaaleigenschappen: Tests voor treksterkte, hardheid, en corrosiebestendigheid worden uitgevoerd om de kwaliteit en prestaties van het eindproduct te garanderen.
Deze tests helpen verifiëren dat het onderdeel zal presteren zoals verwacht onder de beoogde bedrijfsomstandigheden.
9. Toekomstige trends in het gieten van roestvrij staal
- Geavanceerde materialen: Voortdurend onderzoek en ontwikkeling leiden tot de creatie van nieuwe roestvrijstalen legeringen met verbeterde eigenschappen, zoals hogere sterkte, verbeterde corrosieweerstand, en betere bewerkbaarheid.
Deze geavanceerde materialen zullen het scala aan toepassingen voor investeringsgieten uitbreiden. - Automatisering en robotica: Het toegenomen gebruik van automatisering en robotica in het investeringsgietproces verbetert de efficiëntie, het verminderen van de arbeidskosten, en het verbeteren van de consistentie.
Geautomatiseerde systemen voor het maken van waspatronen, keramische schaalvorming, en afwerking na het gieten komen steeds vaker voor. - Duurzaamheid: Er is steeds meer aandacht voor duurzame praktijken, inclusief het gebruik van gerecyclede materialen, energiezuinige processen, en verminderde impact op het milieu.
De investeringsgietindustrie onderzoekt manieren om afval te minimaliseren, het energieverbruik verminderen, en milieuvriendelijke praktijken toepassen.
10. Conclusie
Investeringsgieten van roestvrij staal blijft een van de meest betrouwbare en nauwkeurige productietechnieken voor het produceren van complexe metalen onderdelen.
Het vermogen om ingewikkelde vormen te creëren met minimaal materiaalverspilling, gecombineerd met de superieure eigenschappen van roestvrij staal, maakt het een proces van onschatbare waarde voor industrieën variërend van de lucht- en ruimtevaart tot de voedselverwerking.
Terwijl uitdagingen zoals kosten en productietijd bestaan, voortdurende technologische vooruitgang zorgt ervoor dat investeringen een nog prominentere rol gaan spelen in de moderne productie.
Veelgestelde vragen
Q: Waarin verschilt het RVS-gietgieten van zandgieten?
A: Bij investeringsgieten wordt gebruik gemaakt van een waspatroon en een keramische mal, voor een hogere precisie en een gladdere oppervlakteafwerking. Zandgieten, anderzijds, maakt gebruik van een zandvorm, dat is minder nauwkeurig en resulteert in een ruwer oppervlak. Investeringsgieten is beter geschikt voor complexe en ingewikkelde onderdelen, terwijl zandgieten geschikter is voor grote, eenvoudige onderdelen.
Q: Welke industrieën profiteren het meest van investeringsgieten van roestvrij staal??
A: Industrieën die hoge precisie vereisen, complex, en duurzame componenten, zoals de lucht- en ruimtevaart, medisch, automobiel, energie, en maritiem, profiteert het meeste van deze methode. Het vermogen om onderdelen te produceren met nauwe toleranties en een uitstekende oppervlakteafwerking maakt het tot een voorkeurskeuze in deze sectoren.
Q: Wat zijn de meest voorkomende uitdagingen bij het gieten van roestvrij staal??
A: Veel voorkomende uitdagingen zijn onder meer de hoge initiële kosten voor matrijzen en gereedschappen, langere productietijden, en complexe post-castingprocessen zoals machinaal bewerken en polijsten. Ondanks deze uitdagingen, de hoge precisie en kwaliteit van de uiteindelijke onderdelen rechtvaardigen vaak de investering.
Q: Hoe wordt de kwaliteit van roestvrijstalen gietstukken gewaarborgd??
A: De kwaliteit wordt gewaarborgd door middel van niet-destructief onderzoek (NDT) methoden, zoals röntgenfoto's en ultrasoon onderzoek, interne defecten op te sporen.
Maatnauwkeurigheidsinspecties met behulp van coördinatenmeetmachines (CMM) en testen van materiaaleigenschappen op sterkte, hardheid, en corrosiebestendigheid worden ook uitgevoerd om ervoor te zorgen dat het onderdeel voldoet aan de vereiste specificaties en prestatiecriteria.
