Proces odlievania strateného vosku

1. Zavedenie

Stratený vosk (investície) odlievanie premieňa presné obetné vzory – tradične voskové – na kovové časti prostredníctvom keramického plášťa.

Jeho hlavné silné stránky sú: vynikajúca povrchová úprava, vysoká dimenzionálna presnosť, a schopnosť odlievať zložité geometrie a vysokovýkonné zliatiny.

Procesné varianty (triedy vosku, chémia plášťov a jadrové metódy) Nechajte inžinierov vymeniť náklady a vernosť a vyberte si cesty, ktoré fungujú pre nehrdzavejúce ocele, zliatiny medi, žehličky, a — so špeciálnymi opatreniami — superzliatiny titánu a niklu.

2. Proces odlievania strateného vosku

Typická postupnosť (vysokej úrovni):

1. Vzor: urobiť vosk (alebo odlievateľná živica) vzor(siež) — jeden kus alebo strom/zväzok.
2. Montáž: pripojte vzory k bežcom/bráne, aby vytvorili zhluk.
3. investovať / stavať škrupinu: ponorná zostava do spojivovej kaše + štuk; opakujte, aby ste vytvorili škrupinu.
4. Vyliečiť / suché: gél a čiastočne suché škrupiny medzi vrstvami; konečné sušenie.
5. Odvoskovať: odstráňte vosk (parou alebo roztopením).
6. Vyhorenie / streľba: rampa na spaľovanie organických látok a stabilizáciu škrupiny.
7. Nalejte: roztaviť a naliať kov do predhriatej škrupiny.
8. Shakeout & čistenie: odstráňte škrupinu, rezané brány, čisté.
9. Postproces: tepelná úprava, Bedra (v prípade potreby), obrábanie, povrchová úprava, inšpekcia.

3. Vzorové materiály: nízka-, stredný-, a vysokoteplotné vosky

Poznámky & vedenie

• Vosk vyberte podľa veľkosti dielu, životnosť nástroja a predpokladaná postupnosť škrupiny/výroby. Nízkoteplotný vosk je skvelý pre jemné detaily a malé objemy, ale pri dlhých cykloch alebo teplých priestoroch obchodu trpí tečením.
  Stredná teplota je ťahúňom strojárskeho odlievania. Vysokoteplotné vosky (a polyméry upraveného vzoru) sa používajú tam, kde manipulácia alebo dlhá škrupina vytvára riziko deformácie.
• Vzorové prísady: zmäkčovadlá, stabilizátory, látky zlepšujúce tekutosť a farbivá ovplyvňujú správanie pri vstrekovaní, zvyšok odparafín a vývoj plynu z horenia – špecifikujte zlievárne schválené formulácie.

4. Výroba vzorov: náradie, vstrekovací vosk, a aditívne vzory

• Vstrekovanie: oceľové/hliníkové matrice na vosk – nízke náklady na kus pri objeme s vysokou kvalitou povrchu. Rozsah nákladov na nástroje závisí od zložitosti.
• 3D tlačené vzory liateho vosku/živice: SLA, DLP, tlačiarne na vstrekovanie materiálu alebo odlievateľné voskové tlačiarne eliminujú nástroje pre prototypy a malé série.
  Moderné liate živice odvoskujú čisto a približujú sa kvalite povrchu vstrekovacieho vosku.
• Vzorový dizajn stromov a brán: usporiadajte vzory na centrálnom vtokovom kanáli pre efektívne nalievanie a kŕmenie; zahŕňajú obetné stúpačky na zmršťovacie krmivo.
  Použite simuláciu na vyváženie vrátkov a kŕmenia pre veľké zoskupenia.

5. Shell Systems: Silica-sol, Vodné sklo, a hybridné škrupiny

Systém plášťa je jedinou najdôležitejšou premennou, ktorá určuje vernosť povrchu, tepelný odpor, priepustnosť/vetranie, vákuová kompatibilita a vhodnosť zliatin pri odlievaní do strateného vosku.

V moderných obchodoch sa využívajú tri praktické rodiny:

• Silica-sol (koloidný oxid kremičitý) škrupiny — prémia, hi-fi cesta.
• Vodné sklo (kremičitan sodný) škrupiny — ekonomický, robustná trasa pre väčšie / oceľové/železiarske práce.
• Hybridné škrupiny — spojiť pokutu, chemicky odolný vnútorný náter (oxid kremičitý alebo zirkón) s vonkajšími vrstvami vodného skla na vyváženie nákladov a výkonu.

Silika-solové škrupiny (koloidný oxid kremičitý)

Čo to je a ako to funguje

Škrupiny kremičitého sólu používajú a koloidná suspenzia submikrónových častíc oxidu kremičitého ako spojivo.

Prvé nátery (veľmi jemné umývanie) použite koloid na nosenie ultrajemného štuku, ktorý zaznamenáva detaily; následné nátery vytvárajú hrúbku a spevňujú sa sušením a vysokoteplotným vypaľovaním (spekanie) ktorý produkuje husté, silné škrupiny.

Kľúčové vlastnosti:

• Vernosť povrchu: najlepšie dostupné — as-cast Ra bežne ~0,6–3 µm s jemným umývaním.
• Tepelná stabilita / streľba: škrupiny je možné spevniť pri 600–1 000 °C (prax v obchode sa líši podľa štuku). Vysokoteplotné vypaľovanie zvyšuje pevnosť plášťa a odolnosť proti tepelným šokom.
• Vákuová/inertná kompatibilita:vynikajúce — škrupiny z kremičitého sólu sú kompatibilné s vákuovým a inertným lejaním a sú bežnou voľbou pre titán, superzliatiny niklu a kobaltu.
• Kontrola priepustnosti: možno vyladiť štukovým triedením a vypaľovaním, aby sa zabezpečilo kontrolované vetranie pre vysokú hodnotu, tesné odliatky.
• Citlivosť na kontamináciu:vysoká — koloidná stabilita je narušená iónovou kontamináciou (soli, kovové pokuty) a organické látky; kal a čistota rastlín sú rozhodujúce.
• Typický prvý náter štuk: pod 10 um tavený oxid kremičitý, zirkón alebo zirkón pre reaktívne rozhrania.
• Typické prípady použitia: komponenty leteckých turbín, superzliatiny, vákuovo liaty titán, lekárske implantáty, presné malé diely.

Mušle z vodného skla (kremičitan sodný)

Čo to je a ako to funguje

Škrupiny z vodného skla používajú an vodný sodík (alebo draslík) silikátový roztok ako spojivo.

Vytvára gél na sieť podobnú oxidu kremičitému plynovaním CO₂ alebo chemickými tvrdidlami (kyslé soli), vytvára pevnú keramickú škrupinu v kombinácii s triedeným žiaruvzdorným štukom.

Kľúčové vlastnosti:

• Vernosť povrchu: dobré pre všeobecné inžinierstvo – zvyčajne ako odliatok Ra ~2,5–8 µm v závislosti od umývania a štuku.
• Streľba: zvyčajne stabilizovaný na ~400-700°C; škrupiny nie sú spekané v takom rozsahu ako systémy oxid kremičitý.
• Kompatibilita s vákuom:obmedzené — nie je ideálny pre vákuové/inertné liate alebo najreaktívnejšie zliatiny.
• Priepustnosť / odvzdušňovanie: vo všeobecnosti dobré pre ocele/žehličky; priepustnosť má tendenciu byť hrubšia ako optimalizované obaly kremičitého sólu.
• Spôsob vytvrdzovania:plynovanie CO₂ (rýchle gélovatenie) alebo kyslé tužidlá — rýchle, robustná súprava na dielni.
• Citlivosť na kontamináciu: mierna – iónová kontaminácia ovplyvňuje tuhnutie a rovnomernosť gélu, ale vodné sklo je vo všeobecnosti tolerantnejšie ako kremičitanový roztok.
• Typický prvý náter štuk: jemný tavený oxid kremičitý; na zlepšenie povrchovej ochrany je možné použiť zirkón.
• Typické prípady použitia: telá ventilu, čerpacie puzdrá, veľké oceľové/železné časti, námorný hardvér, všeobecné priemyselné odliatky.

Hybridné škrupiny (vnútorný povlak oxidu kremičitého alebo zirkónu + vonkajšie nátery z vodného skla)

Čo to je a ako to funguje

Spoločný ekonomický kompromis: a prémiový vnútorný kabát (oxid kremičitý alebo umývanie zirkón/zirkón) sa aplikuje najskôr na zachytenie detailov a vytvorenie chemicky odolnej bariéry, potom vonkajšie nátery z vodného skla sú vyrobené tak, aby poskytovali objemovú pevnosť pri nižších nákladoch.

Kľúčové vlastnosti:

• Vernosť povrchu & chemická bariéra: vnútorný oxid kremičitý/zirkón poskytuje kvalitu povrchu blízku kremičitému sólu a pomáha predchádzať reakciám kov-plášť na rozhraní kovu.
• Náklady & manipulácia: vonkajšie vrstvy vodného skla znižujú celkovú spotrebu kremičitého sólu a robia plášť robustnejším pre manipuláciu a veľké rozmery.
• Kompatibilita s vákuom: vylepšené oproti čistému vodnému sklu (vďaka vnútornému plášťu) ale stále nie sú také ideálne ako plné škrupiny z kremičitého sólu – užitočné pre mnohé nehrdzavejúce a niektoré zliatiny niklu, ak sú kontrolované taviace/liace atmosféry.
• Typické použitia: telesá ventilov s vysoko kvalitnými zmáčanými povrchmi, časti turbín strednej hodnoty, kde je potrebná určitá vákuová kompatibilita, aplikácie, kde musia byť náklady a výkon vyvážené.

6. Základné technológie

• Rozpustné jadrá (voskové alebo polymérové ​​jadrá vyrobené tak, aby sa rozpustili): vytvárať vnútorné priechody (chladiace kanály); odstrániť horúcou vodou alebo rozpúšťadlom.
• Keramické jadrá vypálené spojivom (oxid kremičitý, oxid hlinitý, zirkón): stabilné pri vysokých teplotách pre superzliatiny; vyžadujú kompatibilitu shell-core.
• 3Jadrá s potlačou D: spojivové jadrá alebo keramické jadrá SLA umožňujú zložité vnútorné geometrie bez použitia nástrojov.

Dizajn jadier musí brať do úvahy podporu jadra, odvzdušňovanie, tepelná rozťažnosť a chemická kompatibilita s roztaveným kovom.

7. Odvoskovanie, vyhorenie & streľba granátmi – praktické plány a kontrolné body

Odvoskovanie

• Parný/autoklávový vosk: bežné pre bežné voskovky. Typická povrchová teplota 100–120 °C; minúty až hodiny cyklu v závislosti od objemu vosku a veľkosti stromu.
• Termálny vosk / tavenina rozpúšťadla: používané pre niektoré polyméry – použite regeneráciu rozpúšťadla a kontroly.

Vyhorenie / harmonogram vyhorenia (typický inžiniersky príklad)

• Rampa: spomaliť na 100–200 °C, aby sa odstránili zvyšky vlhkosti/vosku (≤3–5 °C/min odporúčané pre hrubé škrupiny, aby sa zabránilo tvorbe pľuzgierov parou).
• Počkať 1: 150–250 °C (1– 4 hodiny) na odohnanie organických látok s nízkou teplotou varu.
• Rampa 2: ~3 °C/min až 350–500 °C.
• Záverečné držanie: 4–8 hodín pri 350–700 °C v závislosti od systému plášťa a zliatiny. Škrupiny z kremičitého sólu možno vypáliť na 600–1000 °C na spekanie/pevnosť; škrupiny z vodného skla bežne stabilizované pri 400–700 °C.
• Kľúčové ovládacie prvky: rýchlosť rampy, dostupnosť kyslíka (vyhýbajte sa nadmernej oxidácii reaktívnych kovových škrupín), a úplné odstránenie organických látok, aby sa zabránilo vývoju plynu počas nalievania.

Pred nalievaním predhrejte škrupinu: predhriatie plášťa na 200–800 °C v závislosti od zliatiny, aby sa minimalizoval tepelný šok a zlepšil sa tok kovu; Napr., nerezové liate bežne predhrievajte 200–450 °C; superzliatiny vyžadujú vyššie v závislosti od škrupiny.

8. Nalievanie: tavná prax, vákuové/inertné možnosti a parametre nalievania

• Taviace pece: indukcia alebo odpor; odplynenie/filtrácia a tavenie pre čistotu.
• Pre teploty (typický):

• • Zliatiny hliníka: 650–720 °C
  • Zliatiny medi: 1000–1200 ° C
  • Oceľové ocele: 1450–1650 °C
  • Niklové superzliatiny: 1400–1600+ °C (závislý od zliatiny)

• Vákuové a inertné liatie: povinné pre titán a vysoko reaktívne zliatiny; vákuum znižuje oxidáciu a reakcie kovového obalu.
• Pre módu: gravitačné nalievanie verzus spodná nalievacia panva vs. vákuové sypanie – vyberte minimalizáciu turbulencií a unášaných plynov. Použite filtre v hradlovaní na kontrolu inklúzie.

9. Bežne odlievané materiály & osobitné úvahy

• Nehrdzavejúce ocele (300/400, duplexný): dobré s vodným sklom & oxid kremičitý; kontrola priepustnosti plášťa a konečného predohrevu.
• Uhlík & nízkolegované ocele, ťažko: dobre sa hodí pre škrupiny z vodného skla; pozor na usadzovanie a eróziu škrupiny pri vysokých energiách odlievania.
• Zliatiny medi (bronz, S nami): bežné; regulujte prehriatie, aby ste predišli umytiu škrupiny.
• Zliatiny hliníka: možné, ale často lacnejšie inými metódami odlievania; zabezpečiť vetranie/priepustnosť.
• Titán & Vy zliatiny: reaktívne — preferujú škrupiny kremičitanu, prvé nátery zirkón/oxid hlinitý, vákuovo sa roztaví, a inertné atmosféry. Vyhnite sa vodnému sklu, pokiaľ nepoužívate bariérové ​​nátery a špeciálne kontroly.
• Nikel & kobaltové superzliatiny: použite škrupiny z kremičitého sólu, vysokoteplotné vypaľovanie a vákuová/inertná manipulácia tam, kde je to potrebné.

10. Typické rozmerové, povrchové a tolerančné schopnosti

• Rozmerová tolerancia (typický ako odliatok): ±0,1–0,3 % menovitého rozmeru (Napr., ±0,1–0,3 mm zapnuté 100 vlastnosť mm).
• Povrchová úprava (Ra as-cast): oxid kremičitý ~0,6–3,2 µm; vodné sklo ~2,5–8 µm.
• Prídavok na lineárne zmrštenie: ~1,2 – 1,8 % (zliať & zlievareň špecifikovať presne).
• Minimálna praktická hrúbka steny: šperky/mikro diely: <0.5 mm; inžinierske časti: 1.0Typicky - 1,5 mm; konštrukčné hrubšie časti bežné.
• Opakovateľnosť: správna zlievárenská prax poskytuje ±0,05–0,15 % medzi jednotlivými prevádzkami na kritických hodnotách.

11. Bežné poruchy, základné príčiny a nápravné opatrenia

12. Post-casting procesy

• Shakeout & odstránenie keramiky: mechanické alebo chemické metódy.
• Tepelné spracovanie: roztoková liečba, starnutie (T6), žíhanie — závislé od zliatiny. Typické teploty roztoku: Al zliatiny ~520–540 °C; ocele vyššie.
• Horúce izostatické lisovanie (Bedra): znižuje pórovitosť vnútorného zmršťovania pre časti citlivé na únavu; typické cykly HIP závisia od zliatiny (Napr., 100–200 MPa a 450–900 °C).
• Obrábanie & dokončenie: kritické otvory, tesniace plochy opracované na toleranciu; leštenie, pasivácia alebo náter aplikovaný podľa potreby.
• Ndt & testovanie: hydrostatický, tlak, skúšky tesnosti, RTG/CT, ultrazvukové, farbivo-penetrant, mechanické testovanie podľa špec.

13. Riadenie procesu, inšpekcia & kvalifikáciu

• Nakupujte metriky kontroly kvality: suspenzné tuhé látky, viskozita, gélový čas, krivky pece, polienka odvoskovať, grafy vyhorenia, chémia taveniny a odplyňovacie protokoly.
• Vzorové kupóny: ťah, tvrdosť & metalografické kupóny odliate vo vtokoch pre reprezentatívnu mikroštruktúru a mechanické vlastnosti.
• NDT odber vzoriek: rádiografiu a CT skenovanie kritických komponentov; špecifikovať úrovne prijateľnosti pre pórovitosť (vol% alebo max veľkosť defektu).
• Štatistické riadenie procesov (SPC): použiť na kritické vstupy (premyť pevné látky, hrúbka škrupiny, roztopiť vodík) a výstupy (rozmerová variácia, pórovitosť sa počíta).

14. Bežné mylné predstavy & Objasnenia

„Odlievanie strateným voskom je len pre vysoko presné diely“

Nepravdivý. Odlievanie strateného vosku na báze vodného skla je cenovo výhodné pre stredne presné diely (±0,3–0,5 mm) — 40% automobilových odliatkov zo strateného vosku používajú tento variant.

„Nízkoteplotný vosk je horší ako vosk so strednou teplotou“

Kontextovo závislé. Nízkoteplotný vosk je lacnejší a vhodný pre nízku presnosť, veľkoobjemové diely (Napr., hardvér) — strednoteplotný vosk je potrebný len pre užšie tolerancie.

“Silica Sol je vždy lepší ako vodné sklo”

Nepravdivý. Vodné sklo je o 50–70 % lacnejšie a rýchlejšie pre stredne presné aplikácie – kremičitý sol je opodstatnený len pre letecké/lekárske diely vyžadujúce toleranciu ±0,1 mm.

„Odlievanie strateného vosku má vysokú mieru šrotu“

Nepravdivý. Odliatok z kremičitého sólu strateného vosku má mieru šrotu 2–5 % (porovnateľné s tlakovým liatím) - vodné sklo má 5-10% (stále nižšie ako pri liatí do piesku o 10–15 %).

„3D tlač robí odlievanie strateného vosku zastaraným“

Nepravdivý. AM je ideálny pre prototypy/nízky objem, ale odlievanie do strateného vosku je 5-10x lacnejšie pre stredný až vysoký objem (>1,000 diely) a manipuluje s väčšími dielmi (až 500 kg).

15. Záver

Proces odlievania strateného vosku zostáva prvoradou metódou na výrobu komplexu, vysoko verné kovové komponenty.

Keď spárujete pravú vzorový materiál, chémia mušlí a tavenina/atmosférická prax s disciplinovanou kontrolou procesov, odlievanie do strateného vosku spoľahlivo vytvára diely, ktoré by bolo iným spôsobom ťažké alebo nemožné.

Moderné vylepšenia (3D tlačené vzory, hybridné škrupiny, vákuové nalievanie a HIP) rozšíriť tento proces na nové zliatiny a aplikácie – ale zároveň vyvolávajú potrebu starostlivej špecifikácie, skúšanie a QA.

 

Časté otázky

Ktorý škrupinový systém si mám vybrať pre titán?

Silica-sol (so zirkónom/oxidom hlinitým prvým náterom) + vákuové/inertné tavenie a liatie. Vodné sklo je vo všeobecnosti nevhodné bez rozsiahlych bariérových opatrení.

Aké jemné môžu byť vlastnosti s odlievaním do strateného vosku?

Vlastnosti <0.5 mm sú možné (šperky/presnosť); v strojárskych častiach zacieliť na ≥1 mm na robustnosť, pokiaľ sa nepreukáže skúškami.

Typická povrchová úprava, ktorú môžem očakávať?

Silica-sol: ~0,6-3,2 µm Ra; vodné sklo: ~2,5-8 µm Ra. Jemné umývanie a leštenie voskových matríc zlepšuje konečnú úpravu.

Kedy sa odporúča HIP?

Pre kritickú únavu, tlak-obsahujúce, alebo letecké časti, kde sa musí minimalizovať vnútorná pórovitosť – HIP môže výrazne zlepšiť únavovú životnosť.

Môžem použiť 3D tlačené vzory namiesto voskových nástrojov?

áno — liate živice a vytlačený vosk znižuje čas potrebný na výrobu nástrojov a náklady na prototypy/nízke objemy. Zabezpečte overenie vlastností živicového odparafínovania a kompatibility plášťa.