1. Увођење
Инвестициони ливење, Такође познато као ливење изгубљеног воска, је прецизна метода производње која се користи хиљадама година. Овај процес укључује креирање детаљног узорка воска, облажући га керамиком, а затим отапање воска да би се формирао калуп.
У овај калуп се сипа растопљени метал, а кад се једном учврсти, керамичка шкољка се уклања, откривајући коначну глумачку компоненту.
Овај процес омогућава произвођачима да производе детаљне компоненте са одличном завршном обрадом површине, што је посебно вредно у индустријама где су тачност и квалитет најважнији.
Нехрђајући челик, познат по својој отпорности на корозију, издржљивост, и естетска жалба, је популаран избор материјала за ливење.
Комбинација ова два елемента – нерђајућег челика и ливења за улагање – постаје све омиљенија у широком спектру индустрија, од ваздухопловства до медицинских уређаја, због своје способности да производи високу прецизност, сложени делови са одличном завршном обрадом површине и минималним губитком материјала.
2. Шта је ливење од нерђајућег челика?
Дефиниција и преглед:
ливење од нерђајућег челика је процес где се ствара воштани узорак жељеног дела, обложена керамичком шкољком, а затим се восак истопи, остављајући шупљи калуп. Истопљени нерђајући челик се затим сипа у овај калуп.
Када се метал очврсне, керамичка шкољка се уклања, откривајући коначну глумачку компоненту. Овај метод омогућава стварање веома детаљних и прецизних делова, што га чини идеалним за сложене геометрије и апликације високе прецизности.
Историјски развој:
Корени инвестиционог ливења могу се пратити до древних цивилизација, као што су Кинези, који су га користили за накит.
Савремени процес развијен је у 20. веку, са значајним напретком у материјалима и техникама, што га чини поузданом методом за производњу делова високе прецизности.
Увођење нерђајућег челика почетком 20. века додатно је побољшало могућности ливења по улагањима, омогућавајући производњу делова са супериорном отпорношћу на корозију и механичким својствима.
Поређење са другим техникама ливења:
- Ливење песка: Ово укључује изливање растопљеног метала у пешчани калуп. Мање је прецизан и има грубљу завршну обраду у поређењу са ливењем по инвестиционој маси. Ливење песка је погодније за велике, једноставни делови.
- Ливење: Користи висок притисак за убризгавање растопљеног метала у калуп. Иако је бржи и исплативији за велике серије, ограничена је у сложености облика које може произвести. Ливење под притиском је идеално за велике запремине, делови мале сложености.
- Инвестициони ливење: Нуди највећу прецизност и могућност стварања комплекса, замршених облика. Посебно је погодан за мале и средње серије производње и делове који захтевају висок ниво детаља и завршне обраде површине.
3. Процес инвестиционог ливења
Процес ливења по инвестицији је веома прецизан метод који се користи за стварање сложених металних делова, посебно од нерђајућег челика.
Ова техника, Такође познато као ливење изгубљеног воска, укључује неколико детаљних корака који претварају воштани узорак у издржљив метални део.
Ево рашчлањења процеса инвестиционог ливења:
Корак 1: Дизајн производа и дизајн калупа
Процес почиње темељним дизајном производа, често користе ЦАД софтвер за креирање 3Д модела дела.
Инжењери узимају у обзир факторе као што је функционалност, снага, и једноставност производње. Дизајн такође диктира конфигурацију калупа, који мора бити скројен да одговара спецификацијама дела и обезбеди правилан проток метала током ливења.
Корак 2: Креирање и провера узорка од воска
Када се дизајн заврши, произвођачи креирају узорке воска који реплицирају коначни производ. Ово се обично ради убризгавањем растопљеног воска у калуп.
Сваки узорак воска се пажљиво прегледа ради тачности димензија и детаља површине, јер ће све несавршености директно утицати на коначну глумачку екипу.
Корак 3: Скупштина
Појединачни узорци воска се склапају у структуру налик дрвету, назван "спруе". Ово омогућава истовремено ливење више делова, повећање ефикасности производње.
Правилно постављање шара обезбеђује оптималан проток метала и дистрибуцију топлоте током ливења.
Корак 4: Прављење керамичког калупа
Састављено стабло воска је уроњено у керамичку кашу, који облаже воштане шаре. Керамички калуп се гради у слојевима, омогућавајући му да постане довољно густ и чврст да издржи високе температуре растопљеног метала.
Једном премазана, калуп се загрева да би се керамички материјал осушио и очврснуо.
Корак 5: Уклањање воска и печење калупа
Након што се керамички калуп стврдне, ставља се у пећ где се восак топи и исцеђује.
Ово оставља за собом шупљи калуп који тачно одражава узорак воска. Након уклањања воска, калуп се подвргава печењу да би се керамика додатно очврснула и припремила за ливење.
Корак 6: Изливање растопљеног нерђајућег челика
Керамички калуп је претходно загрејан да би се смањио топлотни удар када се сипа растопљени нерђајући челик. Челик се загрева до тачке топљења, а затим се сипа у калуп.
Пажљива контрола температуре и технике сипања обезбеђује потпуно пуњење калупа и бележи фине детаље дизајна.
Корак 7: Хлађење и уклањање плесни
Када се растопљени челик охлади и очврсне, керамички калуп се одваја да би се открио груби ливени део.
Овим кораком се мора поступати пажљиво како би се спречило оштећење новоформиране компоненте.
Корак 8: Сечење и брушење
Изливени делови су одвојени од сливника, а сваки вишак материјала се уклања процесима сечења и млевења.
Овај корак припрема део за завршну обраду тако што изглађује грубе ивице и осигурава да испуњава спецификације дизајна.
Корак 9: Завршњак
Коначни ливени делови се подвргавају површинској обради како би се побољшао њихов изглед и перформансе. Уобичајени процеси завршне обраде укључују полирање, топлотни третман, и премазивање.
Ови третмани побољшавају квалитет површине и могу повећати отпорност на корозију или снагу.
4. Предности ливења од нерђајућег челика
Ливење од нерђајућег челика нуди неколико предности које га чине пожељним методом за производњу сложених металних делова:
- Прецизност и фини детаљи
Инвестиционо ливење пружа неупоредиву прецизност, омогућавајући произвођачима да производе сложене дизајне са уским толеранцијама. Процес обухвата фине детаље које друге методе ливења често пропуштају. - Сложени облици
Произвођачи могу креирати делове сложене геометрије, укључујући унутрашње шупљине, танки зидови, и замршене кривине, то би било тешко или немогуће са другим техникама ливења. - Одлична завршна обрада површине
Процес ливења по инвестицији резултира глатком, висококвалитетна завршна обрада површине, смањење потребе за постпродукцијском обрадом. - Минимални губитак материјала
Инвестиционо ливење користи производњу скоро мреже, што значи да се током процеса троши мало или нимало материјала. Ова ефикасност смањује и материјалне трошкове и утицај на животну средину. - Врхунска снага и издржљивост
Нерђајући челик пружа изузетна механичка својства, као што су висока затезна чврстоћа, отпорност на корозију, и отпорност на топлоту, што га чини погодним за оштре средине.
5. Уобичајене легуре од нерђајућег челика које се користе у ливењу у инвестициони материјал
Инвестиционо ливење може користити различите легуре нерђајућег челика, сваки нуди посебне погодности на основу апликације. Неке од најчешћих легура укључују:
| Аустенитни нерђајући челици | Ферински & Мартензитни од нехрђајућег челика | Отврђивање падавина (ПХ) Мартензитни нерђајући челици | Аустенит/Ферритиц (Дуплекс) Нехрђајући челик |
| 300 Серија нерђајући (АНСИ еквивалент) | 400 Серија нерђајући (АНСИ еквивалент) | 14-4 ПХ Сериес 15-5 ПХ Сериес 17-4 ПХ Сериес |
2205 Сериес |
| ЦФ16Ф (303) ЦФ8 (304) ЦФ3 (304Л) ЦХ20 (309) ЦК20 (310) ЦФ8М (316) ЦФ3М (316Л) |
ЦА15 (410) ИЦ 416 (416) Цас40 (420) ИЦ 431 (431) ИЦ 440А (440А) ИЦ 440Ц (440Ц) |
АМС5340
АСТМ А 747 ЦБ 7Цу-2 АСТМ А 747 ЦБ 7Цу-1 |
Кс2ЦрНиМоН22-5-3 |
Уобичајени ливени нерђајући челик, Карактеристике, Апликације
| Grades | Карактеристике | Апликације |
| 304 | Аустенитни нерђајући челик са преко 8% садржај никла, обично се користи за кућне и комерцијалне апликације, је најшире коришћени материјал у ливењу нерђајућег челика.
На пример, 304 одливци од нерђајућег челика добро се понашају у окружењима са минималном корозијом ваздуха. |
Медицински, прехрамбена индустрија, Хемијска индустрија, машинске опреме, индустрија цеви, аутомобилска индустрија, итд. |
| 316 | Такође аустенитни нерђајући челик са садржајем Ни више од 10%. Због већег садржаја Ни, 316 одливци од нерђајућег челика имају бољу отпорност на корозију од 304 одливци од нерђајућег челика.
Такви одливци од нерђајућег челика су погоднији за морско окружење са релативно тешким условима ваздуха или хемијским материјалима које треба контактирати. |
Гашење пожара, ауто делови, марински хардвер, хемијски, цевовод, изградња, декорација, прехрамбена индустрија, итд. |
| 304Л / 316Л | Механичка својства су блиска онима код 304 и 316 материјалирати.
Л представља мањи садржај угљеника, што материјал чини дуктилнијим, има добре перформансе заваривања, и има поузданију отпорност на корозију. Цена је већа од цене материјала истог разреда. |
Храна, хемијски, медицински, водовод, итд. |
| 410 & 416 | Сериес 400 припада мартензитном нерђајућем челику, који се одликује великом чврстоћом, добре перформансе обраде, и висока тврдоћа топлотне обраде, и не садржи Ни, па је отпорност на корозију слаба. | Ауто делови, алате, ножеви, итд. |
| 17-4 ПХ | 17-4 припада мартензитном нерђајућем челику са садржајем Ни од 3%-5% и добра отпорност на корозију.
Има највећу чврстоћу у серији од нерђајућег челика и обично се користи за производе и компоненте који нису склони деформацијама. |
Војска, медицински, механичке компоненте, алатне машине, Младе за турбине, итд. |
| 2205 | Дуплекс нерђајући челик 2205, са 22% хром, 2.5% молибден, и 4.5% никл-азот, нуди супериорну снагу, жилавост, и одлична отпорност на општу и локализовану напонску корозију. | Спортинг, пумпа & индустрија вентила, итд. |
Њихови хемијски састави
| Grades | Ц | И | Мн | С | П | ЦР | У | Мо |
| 304 | ≤0.08 | ≤1.00 | ≤2.00 | ≤0.03 | ≤0,045 | 18 ~ 20 | 8 ~ 11 | - |
| 304Л | ≤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 |
| 316Л | ≤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 тел | ≤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 |
Хемијски састав сваке легуре утиче на факторе као што је отпорност на корозију, обрада, и перформансе у екстремним окружењима, омогућавајући произвођачима да прилагоде материјале специфичним применама.
6. Примене ливења од нерђајућег челика
- Аероспаце индустрија:
-
- Компоненте: Делови мотора, Младе за турбине, Структурне компоненте, и слетање.
- Бенефиције: Велика снага, отпорност на топлоту, и прецизност. Ови делови морају да издрже екстремне услове, а ливење за улагање обезбеђује да испуњавају строге захтеве ваздухопловне индустрије.
- Аутомобилска индустрија:
-
- Компоненте: Компоненте мотора, зупчаници, вентили, и конструктивних делова.
- Бенефиције: Издржљивост, прецизност, и минимални губитак материјала. Инвестиционо ливење омогућава производњу лаких, делови високих перформанси који побољшавају ефикасност горива и перформансе возила.
- Медицински и хируршки алати:
-
- Компоненте: Високо прецизни инструменти, Хируршки алати, и имплантати.
- Бенефиције: Биокомпатибилност, отпорност на корозију, и одлична завршна обрада површине. Ови делови морају бити веома прецизни и издржљиви, а ливење за улагање обезбеђује да испуњавају строге стандарде медицинске индустрије.
- Енергија и производња електричне енергије:
-
- Компоненте: Делови који се користе у турбинама, електране, и системи обновљивих извора енергије.
- Бенефиције: Отпорност на високе температуре, отпорност на корозију, и дуг радни век. Ови делови морају да раде у тешким условима, а ливење по инвестицији обезбеђује неопходну чврстоћу и издржљивост.
- Индустрија хране и пића:
-
- Компоненте: Компоненте отпорне на корозију за прераду хране, као што су пумпе, вентили, и опрема за мешање.
- Бенефиције: Хигијенски, Једноставно чишћење, и издржљив. ливење од нерђајућег челика обезбеђује да ови делови испуњавају строге хигијенске и безбедносне стандарде индустрије хране и пића.
- Морска индустрија:
-
- Компоненте: Ливени делови за бродоградњу, Оффсхоре платформе, и морска опрема.
- Бенефиције: Одлична отпорност на корозију и издржљивост. Ови делови морају да издрже сурово морско окружење, а ливење за улагање обезбеђује неопходну отпорност на слану воду и друге корозивне елементе.
7. Изазови у инвестиционом ливењу од нерђајућег челика
Док ливење од нерђајућег челика нуди значајне предности, неки изазови остају:
- Високи почетни трошкови
Трошкови дизајна калупа и алата могу бити значајни, посебно за мале серије производње. Међутим, ови трошкови се надокнађују прецизношћу и квалитетом финалног производа. - Дуже време производње
Процес инвестиционог ливења укључује више корака, сваки захтева време и прецизност, што може продужити укупан рок производње. - Сложени процеси после ливења
Додатна обрада, топлотни третман, и кораци за завршну обраду могу бити потребни да би се испунили специфични захтеви за делове, повећавајући и време и трошкове.
8. Контрола квалитета и испитивање ливеног ливења
- Неразорно тестирање (НДТ): Технике попут рендгенских зрака, Ултразвучно тестирање, и испитивање магнетним честицама се користе за откривање унутрашњих дефеката, као што су порозност, инклузије, и пукотине. Ове методе обезбеђују интегритет и поузданост ливених делова.
- Инспекције тачности димензија: Прецизна мерења коришћењем координатних мерних машина (Цмм) и други метролошки алати обезбеђују да ливени део испуњава захтеване спецификације и толеранције.
- Испитивање својстава материјала: Испитивања затезне чврстоће, тврдоћа, и отпорност на корозију се изводе како би се осигурао квалитет и перформансе финалног производа.
Ови тестови помажу да се потврди да ће део радити како се очекује под предвиђеним радним условима.
9. Будући трендови у инвестиционом ливењу од нерђајућег челика
- Напредни материјали: Текућа истраживања и развој воде ка стварању нових легура нерђајућег челика са побољшаним својствима, као што су већа снага, побољшана отпорност на корозију, и бољу обрадивост.
Ови напредни материјали ће проширити опсег апликација за ливење по инвестиционој маси. - Аутоматизација и роботика: Повећана употреба аутоматизације и роботике у процесу инвестиционог ливења побољшава ефикасност, смањење трошкова рада, и побољшање конзистентности.
Аутоматизовани системи за креирање дезена воска, формирање керамичке шкољке, а завршна обрада после ливења постаје све заступљенија. - Одрживост: Све је већи фокус на одрживим праксама, укључујући употребу рециклираних материјала, енергетски ефикасни процеси, и смањен утицај на животну средину.
Индустрија инвестиционог ливења истражује начине да смањи отпад, смањити потрошњу енергије, и усвојити еколошке праксе.
10. Закључак
Ливење од нерђајућег челика остаје једна од најпоузданијих и најпрецизнијих производних техника за производњу сложених металних делова.
Његова способност стварања сложених облика са минималним отпадом материјала, у комбинацији са врхунским својствима нерђајућег челика, чини га непроцењивим процесом за индустрије у распону од ваздухопловства до прераде хране.
Иако постоје изазови попут трошкова и времена производње, континуирано технолошко напредовање подстиче улагање у још значајнију улогу у модерној производњи.
Често постављана питања
К: Како се ливење од нерђајућег челика разликује од ливења у песку?
А: Инвестиционо ливење користи воштани узорак и керамички калуп, пружа већу прецизност и глаткију завршну обраду површине. Ливење песка, с друге стране, користи пешчани калуп, што је мање прецизно и резултира грубљом површином. Инвестиционо ливење је погодније за сложене и замршене делове, док је ливење у песак погодније за велике, једноставни делови.
К: Које индустрије имају највише користи од ливења нерђајућег челика?
А: Индустрије које захтевају високу прецизност, сложене, и издржљиве компоненте, као што је ваздухопловни, медицински, аутомотиве, енергија, и марина, имати највише користи од ове методе. Могућност производње делова са малим толеранцијама и одличном завршном обрадом површине чини га пожељним избором у овим секторима.
К: Који су уобичајени изазови у ливењу од нерђајућег челика?
А: Уобичајени изазови укључују високе почетне трошкове за калупе и алате, дуже време производње, и сложени процеси накнадног ливења као што су обрада и полирање. Упркос овим изазовима, висока прецизност и квалитет завршних делова често оправдавају улагање.
К: Како се обезбеђује квалитет одливака од нерђајућег челика?
А: Квалитет је обезбеђен испитивањем без разарања (НДТ) методе, као што су рендгенски снимци и ултразвучно испитивање, за откривање унутрашњих недостатака.
Провера тачности димензија коришћењем координатних мерних машина (Цмм) и испитивање својстава материјала на чврстоћу, тврдоћа, и отпорност на корозију се такође изводе како би се осигурало да део испуњава тражене спецификације и критеријуме перформанси.
