1. Wstęp
Miedź i jej stopy zajmują kluczową rolę we współczesnym przemyśle ze względu na ich Znakomita przewodność elektryczna, odporność na korozję, I Wydajność termiczna.
Historycznie, cywilizacje sięgające 5000 BC opanowane odlewanie miedzi w prostych kamiennych formach, Układanie podstaw dla dzisiejszych wyrafinowanych technik.
W tym artykule, Badamy pełne spektrum metod odlewania miedzianych, Zbadaj ich zasady metalurgiczne, oraz inżynierowie przewodników w wyborze optymalnego procesu dla różnych aplikacji.
2. Fundamentalne zasady castingu metalu
Każda metoda odlewania ma cztery podstawowe etapy:
- Tworzenie form - Technicy tworzą wnękę w piasku, metal, ceramiczny, lub tynk odzwierciedla geometrię części.
- Zsyp - piece stopić miedź (temperatura topnienia 1 083 °C) lub stopy do 1 600 °C, Następnie wlej płyn do pleśni.
- Zestalenie - kontrolowane chłodzenie - przewodnictwo w przewodności cieplnej (~ 400 W/m · k dla miedzi) i materiał pleśni - napęd rozwój mikrostruktury.
- Wstrząs - niegdyś solidne, Odlewy wychodzą z formy i ulegają czyszczeniu i po przetwarzaniu.
Wysoka przewodność cieplna miedzi Wyższy podgrzewanie formy (200–400 ° C.) i precyzyjna kontrola zalewu, aby utrzymać płynność (lepkość ~ 6 MPA · s at 1 200 °C).
Dodatkowo, miedź rozszerzalność cieplna (16.5 µm/m · k) Wymaga dokładnych przesunięć wzorów, aby osiągnąć ostateczne wymiary.
3. Główne metody odlewania stopu miedzianego
Miedź i jego stopy…mosiądz, brązy, Copper-Nickels, i inne - są obsadzone przy użyciu szeregu metod pasujących do różnych ilości produkcji, wymagania mechaniczne, i tolerancje wymiarowe.
Każda technika ma wyraźne zalety i ograniczenia oparte na charakterystyce stopu i pożądanych wynikach komponentów.
W tej sekcji bada najważniejsze metody odlewania stopu miedzi w nowoczesnej produkcji, wraz z technicznymi spostrzeżeniami w celu prowadzenia wyboru procesu.
Odlewanie piasku
Przegląd procesu & Sprzęt
Odlewanie piasku pozostaje jedną z najstarszych i najczęściej stosowanych metod odlewania stopów miedzi. Obejmuje pakowanie piasku wokół wzoru wielokrotnego użytku wewnątrz pudełka formy.
Piasek jest związany z gliną (Zielony piasek) lub utwardzone chemikaliami (piaski związane z żywicą lub aktywowane). Po usunięciu wzoru, do wnęki wlewa się stopiony metal.
Zalety
- Niski koszt narzędzi, Nadaje się na niski poziom- do średnich biegów
- Elastyczne częściowe rozmiary- Od kilku uncji do kilku ton
- Szeroka zgodność ze stopu
Ograniczenia
- Grube wykończenia powierzchni (RA 6,3-25 µm)
- Luźne tolerancje (Zazwyczaj ± 1,5–3 mm)
- Wymaga obróbki po wycofaniu większości precyzyjnych aplikacji
Inwestycja (Lost-Wax) Odlew
Precyzyjne budowanie skorupy
Casting inwestycyjny Używa modelu woskowego pokrytego ceramicznego zawiesiny, aby zbudować cienki, Forma skorupowa o wysokiej dokładności. Po wypaleniu, stopiony metal wlewa się do rozgrzanej formy ceramicznej.
Korzyści
- Doskonały precyzja wymiarowa (± 0,1–0,3 mm)
- Idealny dla zawiły, cienkościenne geometrie
- Znakomity wykończenie powierzchni (RA 1,6-3,2 µm)
Wyzwania
- Wyższe koszty narzędzi (Ze względu na potrzebę umierania wtrysku)
- Dłuższe czasy cyklu, zwłaszcza do budowy skorupy i wypalenia
- Zazwyczaj ekonomiczne tylko dla Średnia do wysokości produkcja
Odlewanie do kształtu skorupowego
Szczegóły procesu
Formowanie skorupy wykorzystuje podgrzewany metalowy wzór pokryty piaskiem związanym z żywicą. Po wystawieniu na ciepło, żywica ustawia cienką skorupę, która działa jak pleśń.
Proces wytwarza dokładniejsze i czystsze odlewy niż tradycyjne odlewanie piasku.
Zalety
- Ulepszona jakość powierzchni i definicja
- Ściślejsze tolerancje niż formy z zielonego piasku
- Zmniejszony zasiłek obróbki Ze względu na odlewanie kształtu w prawie sieci
Ograniczenia
- Wyższe koszty materiałów (Specjalistyczne żywice i piaski krzemionkowe)
- Drogie oprzyrządowanie wzorów (Wymagane wzory metalowe)
Casting odśrodkowy
Poziome kontra. Ustawienia pionowe
W castingu odśrodkowym, stopiony metal wlewa się do obracającej się formy, poziomo lub pionowo.
Siła odśrodkowa rozkłada metal na ścianę formy, Minimalizowanie porowatości i zapewnienie doskonałej integralności materiału.
Kluczowe zalety
- Wysoka gęstość i zmniejszona porowatość—Ideal dla komponentów związanych z ciśnieniem
- Kierunkowe zestalenie Zwiększa właściwości mechaniczne
- Odpowiednie dla tuleje, pierścienie, rurki, i puste części
- Odlewanie pionowe często używane do małych części; poziome dla dużych cylindrów
Ograniczenia
- Ograniczone do Rotacyjne części symetryczne
- Konfiguracja narzędzi jest bardziej złożone i kosztowne niż casting statyczny
Odlewanie relaksu
Kontrola zestalania
Odlew chłodny wykorzystuje metalowe formy (Często żelazo lub stal) szybkie wydobycie ciepła ze stopionego metalu. To szybkie zestalanie udoskonala strukturę ziarna i zwiększa właściwości mechaniczne.
Mocne strony
- Produkuje trudniej, Gęstsze odlewy (aż do 50% Wzrost twardości vs. odlewanie piasku)
- Doskonałe dla brąz fosforowy i rewolwerowiec
- Opłacalny dla Powtarzające się odlewanie barów, pręty, i małe części
Ograniczenia
- Mniej odpowiednie dla złożone geometrie
- Ograniczony zakres wielkości ze względu na ograniczenia pleśni
Odlewanie ciśnieniowe (Komórka na gorąco i na zimno)
Proces wtrysku ciśnienia
Odlewanie matrycy obejmuje wstrzykiwanie stopionych stopów miedzi do stalowej formy o dużej wytrzymałości pod wysokim ciśnieniem.
Maszyny na zimno są zwykle używane z powodu wysokich temperatur topnienia stopów miedzianych.
Zalety
- Szybkie stawki produkcji—Ideal do masowej produkcji
- Najwyższe wykończenie powierzchni i precyzja (RA 1-2 µm, Tolerancje ± 0,05 mm)
- Zmniejsza lub eliminuje obróbkę
Ograniczenia
- Nie wszystkie stopy miedzi są odpowiednie (np., Wysokie mosiądz cynku mogą korodować umieranie)
- Narzędzia do matrycy jest drogi (inwestycja $50,000 lub więcej)
- Najlepsze dla średnie do wysokiego tomy
Ciągłe odlewanie
Przegląd procesu
Stopiony metal wlewa się do chłodzonej wodą formy, która stale tworzy i ciągnie zestalony metal przez system odstawienia.
Typowe wyjścia obejmują pręty, bary, i kęsów do obróbki lub toczenia w dół rzeki.
Zalety
- Wysoka produktywność z minimalną interwencją człowieka
- Doskonałe właściwości mechaniczne Z powodu kontrolowanego zestalenia
- Gładkie powierzchnie i prostość odpowiednie do automatycznej obróbki podawania
- Niska szybkość złomu i lepsza wydajność (nad 90% Wykorzystanie materiału)
Typowe stopy
- Bronzes Tin, Prowadzone brązu, Bronze fosforowe, i miedziane-nickels
Odlewanie pleśni gipsowej
Specjalistyczne zastosowanie
Proces ten wykorzystuje tynk lub formy ceramiczne utworzone wokół wzoru, aby uchwycić drobne szczegóły i ciasne tolerancje.
Forma jest usuwana po odlewie przez zerwanie lub rozpuszczenie tynku.
Zalety
- Doskonałe dla skomplikowane kształty I gładkie wykończenie powierzchni
- Dobrze prototypy I niska głośność produkcja
Wady
- Niska przepuszczalność—Imits do rozmiaru odlewu
- Dłuższy czas przygotowania I ograniczona żywotność pleśni
Podsumowanie Tabela porównawcza
| Metoda odlewania | Wykończenie powierzchni (Ra) | Tolerancja wymiarowa | Typowe tomy | Kluczowe mocne strony |
|---|---|---|---|---|
| Odlewanie piasku | 6.3–25 µm | ± 1,5–3 mm | Niski do wysokiego | Niski koszt, Elastyczność stopu |
| Casting inwestycyjny | 1.6–3,2 µm | ± 0,1–0,3 mm | Średnie do wysokiego | Wysoka precyzja, złożone części |
| Odlewanie do kształtu skorupowego | 1.6–3,2 µm | ± 0,25–0,5 mm | Średni | Wąskie tolerancje, gotowe do automatyzacji |
| Casting odśrodkowy | 3.2–6,3 µm | ± 0,25–1,0 mm | Średni | Wysoka gęstość, minimalne wady |
| Odlewanie relaksu | 3.2–6,3 µm | ± 0,5–1,0 mm | Średni | Ulepszone właściwości mechaniczne |
| Odlewanie ciśnieniowe | 1–2 µm | ± 0,05–0,2 mm | Wysoki | Szybkie cykle, Minimalne obróbki |
| Ciągłe odlewanie | 3.2–6,3 µm | ± 0,2–0,5 mm/m | Bardzo wysoko | Opłacalna produkcja kęsów |
| Odlewanie pleśni gipsowej | 1.6–3,2 µm | ± 0,1–0,3 mm | Niski do średniego | Szczegółowy, skomplikowane kształty |
4. Wspólne stopy miedzi używane do odlewania
Odlewnie rzucają szeroką gamę stopów miedzianych, Każdy zaprojektowany w celu zrównoważenia siły mechanicznej, odporność na korozję, Wydajność termiczna i elektryczna, i lejność.
| Stop | Oznaczenie | Kompozycja (wt%) | Kluczowe właściwości | Preferowane metody odlewania | Typowe zastosowania |
|---|---|---|---|---|---|
| Bezpłatny mosiądz | C36000 / CZ121 | 61 Z -35Zn - 3pb | Rozciągający: 345 MPA Wydłużenie: 20 % Przewodność: 29 %IACS |
Piasek, Inwestycja, Umierać, Formowanie skorupy | Złączki z matką, koła zębate, Terminale elektryczne |
| Mosiądz o niskim powietrzu | C46400 / CZ122 | 60 Z -39Zn -1pB | Rozciągający: 330 MPA Wydłużenie: 15 % NSF - 61 ZA DOKŁADNIE |
Piasek, Inwestycja, Umierać | Zawory pitne -woda, armatura wodno-kanalizacyjna |
| Łożysko Brąz | C93200 | 90 Z -10Sn | Rozciągający: 310 MPA Twardość: HB90 Doskonała odporność na zużycie |
Piasek, Chłod, Odśrodkowy | Tuleje, Pralki ciągu, łożyska ciężkiego |
| Brąz aluminiowy | C95400 | 88 CU-9AL-2O-1st | Rozciągający: 450 MPA Twardość: HB120 Silna odporność na korozję wody morskiej |
Umierać, Odśrodkowy, Formowanie skorupy | Sprzęt morski, PMIP -PMELLERS, Komponenty zaworów |
| Brąz fosforowy | C51000 | 94.8 Cu - 5sn - 0,2p | Rozciągający: 270 MPA Wydłużenie: 10 % Dobre zmęczenie & właściwości sprężynowe |
Inwestycja, Piasek, Umierać | Sprężyny, styki elektryczne, przepony |
Copper -Nickel (90–10) |
C70600 | 90 Z - 10ni | Rozciągający: 250 MPA Wydłużenie: 40 % Wyjątkowa odporność na biofuling |
Piasek, Odśrodkowy, Ciągły | Woodoć morskich, Rurociągi morskie |
| Copper -Nickel (70–30) | C71500 | 70 Z - 30ni | Rozciągający: 300 MPA Doskonały chlorek i odporność na erozję |
Piasek, Ciągły, Odśrodkowy | Rurki kondensacyjne, sprzęt na morzu |
| Beryl Miedź | C17200 | 98 Z - 2be | Rozciągający: do 1400 mPa (w wieku) Przewodność: 22 %IACS |
Inwestycja, Chłod, Umierać | Sprężyny o wysokiej wartości, Narzędzia bez parkingu, złącza |
| Brąz krzemowy | C65500 | 95 Z - 5si | Rozciągający: 310 MPA Odporna na korozję w morskim/chemicznym |
Piasek, Inwestycja, Formowanie skorupy | Sprzęt dekoracyjny, wyposażenie statku |
5. Wniosek
Miedziane i miedziane odlewnie oferują bogatą narzędzia do metod odlewania - bilansowanie każdego koszt, precyzja, Wydajność mechaniczna, I wielkość produkcji.
Poprzez zrozumienie niuansów procesowych - od materiałów pleśni i zarządzania termicznego po zachowanie stopu - inżynierowie mogą zoptymalizować projektowanie części, zminimalizować złom, i zapewnij niezawodną wydajność.
Jak technologie Wytwarzanie formy addytywnej I Symulacja w czasie rzeczywistym dojrzały, Casting miedzi będzie nadal ewoluować, Podtrzymanie swojej kluczowej roli w produkcji o wysokiej wydajności.
Na TEN, Z przyjemnością omówimy Twój projekt na początku procesu projektowania, aby upewnić się, że jakikolwiek stop został wybrany lub leczenie po wycofaniu, Wynik spełni twoje specyfikacje mechaniczne i wydajności.
Aby omówić Twoje wymagania, e-mail [email protected].
Często zadawane pytania
Czy wszystkie stopy miedzi mogą być odlewane?
NIE. Tylko określone stopy, takie jak Aluminiowe brąz, Mosiądz na wysokim rozciąganie, I Krzemowe mosiądz są odpowiednie dla odlewanie ciśnieniowe Ze względu na wysokie ciśnienie i szybkie chłodzenie.
Stopy takie jak brąz fosforowy Lub Bunmetal lepiej nadają się do odlewu piasku lub chłodu.
Jaka jest różnica między odlewem odśrodkowym i chłodnym?
- Casting odśrodkowy wykorzystuje siłę obrotową, aby wepchnąć stopiony metal do formy, wytwarzanie gęstego, Komponenty wolne od wad (Idealny do rur, tuleje, i rękawy).
- Odlewanie relaksu wykorzystuje statyczne metalowe formy do szybkiego utrwalania powierzchni, poprawa właściwości mechanicznych i zmniejszenie wielkości ziarna - szczególnie skuteczne dla Bronzes Tin.
Dlaczego ciągłe odlewanie jest preferowane w przypadku wysokiej objętościowych słupków stopu miedzianego?
Ciągły casting oferuje spójną jakość, Doskonałe właściwości mechaniczne, i niskie stawki złomu.
To jest optymalne dla brąz fosforowy, Bunmetal, I brąz ołowiowy kęsy, Zwłaszcza, gdy jest zintegrowany z procesami toczenia lub wytłaczania.
Jakie przetwarzanie jest wymagane po rzuceniu stopów miedzianych?
W zależności od metody odlewania i stopu, może obejmować przetwarzanie końcowe:
- Obróbka cieplna w celu złagodzenia stresu lub starzenia się (szczególnie w przypadku miedzi berylum)
- Obróbka na krytyczne powierzchnie lub ciasne tolerancje
- Wykończenie powierzchni, takie jak polerowanie lub powłoka w celu ochrony korozji lub estetyki
