1. Invoering
Precisie (investering) gieten wordt veel gebruikt voor pompwaaiers, kleplichamen, turbo-componenten, medische implantaten en op maat gemaakte onderdelen met geometrie, oppervlakteafwerking en metallurgische integriteit zijn van cruciaal belang.
Roestvrij staal zijn aantrekkelijk voor die toepassingen vanwege hun corrosieweerstand, mechanische eigenschappen en hittebestendigheid.
Maar de combinatie van complexe vormen, dunne secties en roestvrijstalen metallurgie vergroten het risico op defecten.
Het beperken van deze risico's vereist een geïntegreerde aanpak, van materiaalkeuze en patroonontwerp tot en met het smelten, vervaardiging van schelpen, gieten, warmtebehandeling, inspectie en afwerking.
2. Belangrijke roestvrijstalen families die worden gebruikt bij precisiegietwerk
- Austenitisch (bijv., 304, 316, 321, CF-3M): Hoog Ni/Cr-gehalte, goede ductiliteit en corrosieweerstand.
Austenitische materialen zijn vergevingsgezind wat betreft barsten, maar zijn gevoelig voor gasporositeit (waterstof), oppervlakteoxidatie en interne carbonisatie/ontkooksing in sommige atmosferen.
Ze transformeren niet bij afkoeling, dus controle op de zuivering van stolling en inclusie is van cruciaal belang. - Dubbelzijdig (ferritisch-austenitisch): Hogere sterkte en verbeterde SCC-weerstand in sommige omgevingen.
Duplexkwaliteiten zijn gevoeliger voor thermische geschiedenis: langdurige blootstelling binnen het bereik van 300–1000 °C kan de brosfase bevorderen (sigma), en onbalans in de koeling kan leiden tot ongewenste ferriet/austenietverhoudingen. - Martensitisch / neerslag (bijv., 410, 17-4PH): Gebruikt wanneer hogere sterkte/stijfheid of hardheid nodig is.
Deze legeringen kunnen gevoeliger zijn voor scheuren als de krimp bij stolling of de thermische gradiënten niet goed worden beheerd en een zorgvuldige warmtebehandeling na het gieten vereisen. - Hooggelegeerd/speciaal (bijv., 6ma, 20Cr-2Ni): Een verhoogde legering kan de problemen met segregatie verergeren, oxidatie en vuurvaste compatibiliteit; smeltpraktijken en slakbeheersing worden zelfs nog belangrijker.
3. Het precisiegietproces: kritische stappen en controlevariabelen
Belangrijke fasen waarin defecten worden geïntroduceerd:
- Patroon & poortontwerp: was- of polymeerpatroon, poort, stijgstrategie, filets, voorlopige versie.
- Shell-gebouw: slurrychemie, formaat stucwerk, droog-/uithardingscycli en controle van de schaaldikte.
- Patroon verwijderen / bedrog: netheid en afwezigheid van resten.
- Voorverwarmen / bakken: gecontroleerde temperatuur om resterende organische stoffen te verwijderen en thermische schokken te beheersen.
- Smeltend & metalen behandeling: praktijk van smelten (inductie, vacuüm inductie, koepel vermeden voor roestvrij), Deoxidatie, slak verwijderen, ontgassing (argon), insluitingscontrole, en nauwkeurigheid van de legeringschemie.
- Gieten: giettemperatuur, techniek (onder/boven giet), voor milt, en sfeerbeheersing.
- Verharding & koeling: Directionele stolling, prestaties van de stijger, controle van thermische gradiënten.
- Schelpen verwijderen, schoonmaken en afvegen: mechanische en chemische reiniging, inspectie.
- Warmtebehandeling na het gieten: Oplossing Verlichting, uitdoven, temperen, spanningsverlichting zoals gedicteerd door legerings- en mechanische behoeften.
- Niet-destructief onderzoek & afwerking: NDT, bewerking, HIP indien gespecificeerd, oppervlakteafwerking en passivatie.
Controlevariabelen omvatten: smelt reinheid en chemie, porositeit en permeabiliteit van de schaal, profiel voorverwarmen, giettemperatuur en turbulentie, stijg- en feederconfiguratie, en thermische cycli na het gieten.
4. Meest voorkomende defecten bij precisiegietstukken van roestvrij staal
In dit gedeelte worden de gebreken vermeld die het vaakst voorkomen bij roestvrij staal investeringsgietstukken, legt uit hoe en waarom ze ontstaan, en geeft praktische detectie, preventie- en herstelmaatregelen.
Gasporositeit (blaasgaten, gaatjes, honingraatporositeit)
Hoe het eruit ziet: bolvormige of afgeronde holtes verspreid door het gietstuk; oppervlaktebrekende gaatjes of clusters van ondergrondse porositeit; soms een honingraatnetwerk in interdendritische gebieden.
Oorzaken: opgelost gas (overwegend waterstof, soms stikstof/zuurstof) die vrijkomt tijdens het stollen; vocht of vluchtige organische stoffen in de schaal of het patroon; onvoldoende ontgassing; turbulent gieten dat lucht of schuim meevoert; reacties in de smelt waarbij gas ontstaat.
Hoe te detecteren: visueel (oppervlakkige gaatjes), kleurpenetrerend voor oppervlaktebrekende poriën, radiografie/CT voor ondergrondse porositeit, ultrasone of heliumlektesten voor drukkritische onderdelen.
Preventie: droog de schelpen rigoureus en controleer de verwijdering van was/as; smeltontgassing uitvoeren (argon/argon-zuurstofmengsels, stofzuiger);
gebruik schone laadmaterialen en minimaliseer de reactieve flux; giet met laminaire stroming of bodemstorttechnieken; controleer de giettemperatuur om de vloeibaarheid versus gasopname in evenwicht te brengen.
Sanering: Hot isostatische drukken (HEUP) om interne porositeit te sluiten waar de functie dit vereist; lokale bewerking om oppervlakteporiën te verwijderen; lasreparatie voor geïsoleerde defecten als de metallurgie en het ontwerp dit toelaten.
Krimpporositeit (interdendritische krimp)
Hoe het eruit ziet: onregelmatig, vaak onderling verbonden holtes, geconcentreerd op locaties die het laatst bevroren zijn (dikke secties, kruispunten)– kan verschijnen als een dendritisch netwerk of centrale leegte.
Oorzaken: onvoldoende voeding tijdens het stollen; legeringen met een breed vriesbereik die interdendritische krimp bevorderen;
slechte plaatsing van de stijgleiding/poort; onvoldoende oververhitting of overisolatie die het stollen op hete plekken vertraagt.
Hoe te detecteren: radiografie en CT voor het in kaart brengen van interne holtes; metallografische secties om de interdendritische morfologie te bevestigen.
Preventie: pas directionele stollingspraktijken toe: plaats stijgbuizen/feeders op volumes die het laatst moeten worden bevroren, gebruik koude rillingen om het stollingspad te wijzigen, herzien poorting om voeding te garanderen, gebruik simulatiesoftware om het gedrag van hotspots te verifiëren.
Sanering: HIP om de interne krimp te verdichten; herontwerp om voeding toe te voegen of sectiegeometrie te wijzigen voor daaropvolgende productie; gelokaliseerde lasopbouw voor toelaatbare, toegankelijke krimp.
Insluitingen en slakvangst
Hoe het eruit ziet: donkere hoekige deeltjes of stringers in de matrix (slak, oxide films, vuurvaste fragmenten), soms zichtbaar op bewerkte oppervlakken of in breukdwarsdoorsneden.
Oorzaken: onvoldoende afroming/slakverwijdering in de oven, turbulente stroom die schuim meevoert, onverenigbare schaalmaterialen die in de smelt afspatten, onvoldoende vloeiing, of onvoldoende smeltraffinage.
Hoe te detecteren: radiografie/CT voor grotere insluitsels, metallografie voor kleine deeltjes, white-etch-inspectie en fractografie voor foutanalyse.
Preventie: rigoureuze smeltreiniging (afromen, flux), gecontroleerd gieten om turbulentie te voorkomen, bodemgieten of ondergedompeld gieten waar praktisch mogelijk,
compatibele schaalformulering met gecontroleerde brosheid, en periodieke overdrachtspraktijken van de gietlepel die het meeslepen van slak minimaliseren.
Sanering: het bewerken van oppervlakte-insluitsels; lasreparatie of sectievervanging voor dragende onderdelen; verbeterde smeltpraktijken en inspectie vóór daaropvolgende stortingen.
Koude afsluitingen en misruns (onvolledige vulling)
Hoe het eruit ziet: oppervlaktelijnen, koude ronde lijnen, onvolledige secties, of dunne gebieden waar de holte niet volledig gevuld was.
Oorzaken: lage giettemperatuur, onvoldoende gesmolten metaalstroom, slechte poort of ventilatie, overmatige doorlaatbaarheid van de schaal of natte plekken, te dunne secties of lange stroompaden.
Hoe te detecteren: visuele inspectie en dimensionale controles op oppervlaktedefecten; CT/radiografie om onvolledige vulling in verborgen gebieden te bevestigen.
Preventie: valideren van poorten en ventilatie voor laminair, ononderbroken stroom; Pas de giettemperatuur en de gietsnelheid aan om de vloeibaarheid te behouden;
zorg voor een uniforme snijdikte of voeg invoerkanalen toe; verbeter het drogen van de schaal om plaatselijke afkoeling te voorkomen.
Sanering: nabewerking door lassen en machinaal bewerken waar de geometrie dit toelaat; herontwerp de poort voor toekomstige runs.
Heet scheuren / heet kraken (verhardingsscheuren)
Hoe het eruit ziet: onregelmatige scheuren in gebieden die het laatst stollen, vaak op externe oppervlakken of in de buurt van filets en beperkte kenmerken, verschijnen tijdens het afkoelen.
Oorzaken: trekspanningen tijdens het halfvaste/late stollingsinterval wanneer de ductiliteit van het metaal laag is; beperkte geometrie, abrupte sectiewijzigingen, onvoldoende voeding of slechte schimmelnaleving; legeringen met een breed stollingsbereik zijn gevoeliger.
Hoe te detecteren: visueel en kleurdoordringend voor oppervlaktescheuren; radiografie/CT voor ondergrondse scheuren; metallografie om de stollingsmorfologie en scheurtiming te bevestigen.
Preventie: ontwerp om de terughoudendheid te verminderen (filets toevoegen, stralen vergroten, vermijd stijve kernen die beweging fixeren), wijzig de gating/stijgstrategie om de trekspanning tijdens het stollen te verminderen,
gebruik vormmaterialen met een lichte soepelheid of isolatiehulzen, en verfijn de gietvolgorde om thermische gradiënten te verminderen.
Sanering: soms herstelbaar door een lasoverlay en een warmtebehandeling na het lassen, als de geometrie en de metallurgie dit toelaten; anders de tooling opnieuw ontwerpen en opnieuw uitgeven.
Hoe het eruit ziet: oppervlakteruwheid, scherpe ingebedde vuurvaste deeltjes, losse schaalfragmenten of schilfers die afbladderen. Het wegspoelen van de schil kan grote holtes in het oppervlak veroorzaken.
Oorzaken: zwakke schil (onvoldoende stucwerk, ondergebakken schaal), chemische aanval tussen gesmolten metaal en schaalbindmiddel, overmatige gietturbulentie, of een te hoge metaaltemperatuur waardoor de schaal kapot gaat.
Hoe te detecteren: visuele inspectie van het gegoten oppervlak, metallografie om vuurvaste insluitsels te identificeren, en fractografie om de betrokkenheid van shell bonding te bepalen.
Preventie: controle van de samenstelling van de mest en de sortering van het stucwerk, pas de juiste schema's voor het drogen en ontwassen van de schaal toe, gebruik waar nodig schaalcoatings om de reactie tussen metaal en schaal te beperken, en gebruik geschikte gietmethoden om mechanische erosie te beperken.
Sanering: verwijder en repareer oppervlakteholten door lassen en machinaal bewerken; herbewerking of schroot als verontreiniging de structurele integriteit in gevaar brengt; correcte shell-proces voor volgende runs.
Oxidatie, kalkvorming en oppervlakteverontreiniging
Hoe het eruit ziet: zware oxidehuid, zwart/grijze oppervlaktefilms, donkere vlekken of vlekken; in ernstige gevallen, afgesplinterd oxide waardoor ruw metaal bloot komt te liggen.
Oorzaken: blootstelling aan lucht/zuurstof bij verhoogde smelt-/giettemperaturen, onvoldoende beschermende flux/dekking, wasresten of koolstofhoudende verontreinigingen die plaatselijke reacties veroorzaken.
Hoe te detecteren: visuele inspectie, oppervlaktechemietesten, en optische/metallografische dwarsdoorsneden om de oxidedikte en penetratie te inspecteren.
Preventie: gebruik beschermende fluxafdekkingen of inerte gasafdekkingen over de smelt, controle van de giettemperatuur en atmosfeer, zorgen voor een grondige ontwaxing en het wassen van de schelpen, en specificeer geschikte schaal- en coatingsystemen die de reactie minimaliseren.
Sanering: mechanische verwijdering (schot schieten, slijpen), chemische reiniging, elektrolytisch polijsten, en passivatie om het corrosiebestendige oppervlak te herstellen; in ernstige gevallen, vervang het onderdeel.
Carburisatie carburisatie / ontkoling en veranderingen in de oppervlaktechemie
Hoe het eruit ziet: verdonkerde of broze oppervlaktelaag (carburatie) of zacht, uitgeput oppervlak (ontkoling), wat leidt tot verminderde weerstand tegen vermoeidheid en plaatselijke gevoeligheid voor corrosie.
Oorzaken: koolstofdiffusie uit bindmiddelen, resterende was, koolstofhoudende schaalcomponenten, of het verminderen van atmosferen tijdens warmtebehandeling; ontkoling veroorzaakt door oxiderende atmosferen of overbakken bij verhoogde temperaturen.
Hoe te detecteren: profilering van microhardheid, metallografische dwarsdoorsneden, oppervlaktekoolstof/zwavelanalyse.
Preventie: kies schaalsystemen en bindmiddelen met een laag restkoolstofgehalte, controle van bak-/verwarmingscycli, bevatten bake-out-protocollen die vluchtige stoffen elimineren, en gebruik ovens met gecontroleerde atmosfeer voor warmtebehandeling.
Sanering: bewerking om aangetast oppervlak te verwijderen, passende warmtebehandeling in een inerte of vacuümatmosfeer, of plaatselijk malen gevolgd door passivering.
Segregatie en middellijn / macrosegregatie
Hoe het eruit ziet: samenstellingsvariaties tussen grote gietsecties - concentratie van legeringselementen of onzuiverheden op de middellijn of andere hotspots, soms vergezeld van harde of broze microbestanddelen.
Oorzaken: dendritische segregatie tijdens stolling, langzame koelsnelheden in grote secties, lange vriestrajecten voor sommige roestvrije legeringen, en gebrek aan homogeniserende warmtebehandeling.
Hoe te detecteren: chemische mapping (EDS/WDS), onderzoeken naar microhardheid, metallografie en compositieanalyse over secties heen.
Preventie: controleer de stollingssnelheid via koude rillingen of aangepast snijden, optimaliseer poorting om lange stollingspaden te verminderen,
gebruik homogenisatie-gloeien wanneer de geometrie en de metallurgie dit toelaten, en denk aan smelttechnologie (VIM/VAR) macrosegregatie terug te dringen.
Sanering: homogenisatie-warmtebehandeling om segregatie-effecten te verminderen of herontwerp van componenten om kritische eigendomsafhankelijkheid van gescheiden regio's te voorkomen; HIP met daaropvolgende hittebehandeling kan ook de klachten verzachten.
Vervorming, restspanningen en scheuren na het bewerken
Hoe het eruit ziet: kromgetrokken delen, afmetingen buiten de tolerantie na verwijdering van de schaal of warmtebehandeling; barsten tijdens machinale bewerking of tijdens gebruik.
Oorzaken: niet-uniforme koeling, fasetransformaties (in martensitische of duplexkwaliteiten), beperkte koeling, bewerking die ingebouwde restspanning vrijgeeft, en ongepaste warmtebehandelingsschema's.
Hoe te detecteren: dimensionale inspectie, vervorming in kaart brengen, testen met kleurstofpenetratie of magnetische deeltjes op scheuren, en metallografische faseanalyse.
Preventie: controle van de koelsnelheid, voer, indien van toepassing, spanningsverminderende warmtebehandelingen uit vóór zware bewerkingen, volgordebewerking om de materiaalverwijdering in evenwicht te brengen, en vermijd abrupte sectieovergangen die spanning vasthouden.
Sanering: spanningsarm gloeien, herwarmtebehandelingscycli, veranderingen in de bewerkingsstrategie, of thermisch rechttrekken onder gecontroleerde omstandigheden.
Gebreken in de oppervlakteafwerking (ruwheid, overdracht van shell-textuur, pitten)
Hoe het eruit ziet: overmatige ruwheid, zichtbare schaalkorrel/textuur op het gietoppervlak, gelokaliseerde putjes of etsing na warmtebehandeling.
Oorzaken: grof stucwerk, slechte beheersing van de schelpmest, onvoldoende schaalwassing, bindmiddelasresten, of agressieve warmtebehandelingsatmosferen.
Hoe te detecteren: profilometrie, visuele inspectie, en microscopie.
Preventie: kies de juiste stucdeeltjesgrootte voor de doelafwerking, controle van de viscositeit en toepassing van de slurry, zorgen voor een grondige reiniging van de schaal en gecontroleerde bakcycli,
en gebruik post-cast afwerkingsprocessen (schot ontploffing, trillend tuimelen, bewerking) zoals gespecificeerd.
Sanering: mechanische afwerking (slijpen, polijsten), chemisch etsen/beitsen en elektrolytisch polijsten; pas daarna passivatie toe.
Microscheuren en intergranulaire aanval (IGSCC-tendens)
Hoe het eruit ziet: fijne intergranulaire scheuren, vaak geassocieerd met gebieden van sensibilisatie of plaatselijke corrosie na blootstelling aan corrosieve omgevingen.
Oorzaken: chroomcarbideprecipitatie aan de korrelgrenzen (sensibilisatie) door een onjuiste warmtebehandeling, segregatie, of langdurige blootstelling in het sensibiliseringstemperatuurbereik; restspanningen verergeren scheuren onder corrosieve aantasting.
Hoe te detecteren: metallografie met ets voor sensibilisering, kleurstofpenetrerend voor oppervlaktescheuren, en corrosietesten (bijv., intergranulaire corrosietests, indien van toepassing).
Preventie: passende oplossing uitgloei- en afschrikcycli voor austenitische kwaliteiten, controle van delta-ferriet in gietstukken, en gebruik gestabiliseerde kwaliteiten (Als/Nb) waar er sprake is van sensibiliseringsrisico.
Sanering: oplossingsgloeien om carbiden op te lossen (als de geometrie en onderdeelbeperkingen dit toelaten), plaatselijk slijpen/lassen met de juiste warmtebehandeling na het lassen, of vervangen door gestabiliseerde of lage C-kwaliteiten voor toekomstige productie.
5. Casestudies – representatieve voorbeelden van probleemoplossing
Geval 1 — Terugkerende interne porositeit in pompwaaiers
Oorzaak: ontoereikende ontgassing en turbulente bodemgiettechniek die zuurstof meevoert; complexe dunne-naar-dik-overgangen die interdendritische krimp veroorzaken.
Oplossing: argonontgassing geïmplementeerd, overgeschakeld naar laag-turbulentie-bodemgieten, opnieuw ontworpen poort en extra koude rillingen; HIP toegepast op vluchtkritieke onderdelen.
Geval 2 — Koude afsluitingen en misruns in dunwandige warmtewisselaars
Oorzaak: giettemperatuur te laag en onvoldoende ontluchting door kernen; de permeabiliteit van de schaal is inconsistent.
Oplossing: verhoogde giettemperatuur binnen het legeringsvenster, verbeterde schelpdroging, geoptimaliseerde ventilatiekanalen en aangepaste poorten om laminaire stroming te garanderen - koude afsluitingen geëlimineerd.
Geval 3 — Oppervlaktezwavelvlekken en plaatselijke corrosie na het gieten
Oorzaak: koolstofhoudend bindmiddelresidu en onvoldoende reiniging van de schaal, wat leidt tot plaatselijke sulfidevlekken en putjes.
Oplossing: herzien ontwas- en schaalwasproces, introduceerde shell bake op hogere temperatuur om vluchtige stoffen te verwijderen en voerde elektrolytisch polijsten plus passivatie met citroenzuur uit.
6. Conclusie
Roestvrijstalen precisiegietwerk maakt complexe geometrieën mogelijk, hoge maatnauwkeurigheid en uitstekende oppervlaktekwaliteit, maar het is inherent gevoelig voor metallurgische en procesgerelateerde variabelen.
De meest voorkomende gietfouten, zoals porositeit, krimp, insluitsels, problemen met heet scheuren en oppervlaktechemie zijn geen willekeurige gebeurtenissen; ze zijn directe resultaten van de legeringskeuze, praktijk van smelten, schimmel kwaliteit, thermische controle en onderdeelontwerp.
De sleutel tot kwaliteit en betrouwbaarheid ligt in preventieve controle in plaats van reparatie na het gieten.
Vroege beslissingen bij ontwerp-voor-casting, poort- en stijgleidingindeling, Shell-fabricage en smeltdiscipline elimineren de meeste defecten voordat ze zich vormen.
Terwijl corrigerende maatregelen zoals HIP, Warmtebehandeling en lasreparatie kunnen de waarde van kritische componenten herstellen, ze verhogen de kosten en mogen een robuuste procesbeheersing niet vervangen.
Tot slot, precisiegieten van roestvrij staal wordt een voorspelbare en hoogwaardige productieoplossing bij technisch ontwerp, materiaalkunde en procesbeheersing zijn op elkaar afgestemd.
Systematische preventie, gerichte verificatie en voortdurende verbetering vormen de basis voor langdurige gietkwaliteit en -prestaties.
