1. 介绍
延性铁投资铸造 合并高强度, 结节性铸铁的延性性质具有良好的投资精度 (失去蜡) 铸件.
这是一种高级制造方法，非常适合生产尺寸准确且苛刻的零件.
当复杂的几何形状时，该技术特别有用, 紧张的公差, 机械可靠性是必不可少的 - 例如汽车, 防御, 航天, 和能源应用.
2. 什么是延性铁投资铸造?
延性铁投资铸造 是一种精确的金属铸造过程，它结合了延性铁的优质机械性能和高临界性和高详细的能力 投资铸造方法 (也称为失去蜡铸).
它是生产中小型的理想选择, 复杂的零件，需要强度和维度精度.
关键定义:
- 延性铁 (也称为 结节铁 或者 SG铁) 是一种铸铁以其 高力量, 延性, 和冲击阻力 由于它的 球体 (结节) 石墨 结构.
- 投资铸造 是一个成型过程，其中蜡图案涂有耐火陶瓷材料以形成模具.
蜡融化后, 将熔融金属倒入腔中以形成零件.
3. 为什么将投资铸造用于延性铁?
延性铁 投资铸造解决了金属铸造应用中的关键差距: 延性铁的传统沙子铸造, 虽然经济且可扩展, 挣扎着精细的几何细节, 紧张的公差, 和薄壁部分.
这些限制使其不适合精确组件或具有复杂内部结构的零件.
另一方面, 钢投资铸件, 尽管能够达到高维准确性, 缺乏延性铁的成本效益, 卓越的可加工性, 和固有的振动阻尼特性, 在许多动态或噪声敏感的环境中至关重要.
延性铁投资铸造 因此，作为需求的应用程序的最佳解决方案 精度和机械鲁棒性, 填补沙子铸造与钢精密铸造之间的性能和经济差距.
它可以生产复杂, 保持延性铁的理想特征的净形成分 - 高强度重量比, 延性, 冲击阻力, 和阻尼能力 - 达到近网的精度.
4. 延性铁投资铸造过程
这 延性铁 投资铸造 过程遵循传统失去蜡的基本阶段.
但结合精确的冶金控制和专业技术，以适应延性铁的独特固化行为和石墨结构形成.
4.1 图案创建
- 蜡模式: 高精度蜡图案是通过注射成型或3D打印产生的, 缩小余量为0.5-2％，以补偿冷却过程中的金属收缩.
对于具有超细特征的组件，例如薄壁 0.5 MM或复杂的内部频道 - 曲线图 (SLA) 3d打印图案通常是首选, 提供高达±0.02 mm的精度. - 图案组件: 单独的蜡图案安装在中央蜡泉上，形成类似树状的结构.
一个外壳 (大约. 10 公斤容量) 可能包含5-10个零件, 优化吞吐量和陶瓷材料使用.
4.2 炮弹建筑
- 浆料涂层: 组装的蜡树反复浸入由氧化铝组成的难治性陶瓷泥浆中, 二氧化硅, 或氧化锆.
用于延性铁, 基于氧化锆的浆液非常理想，因为它们的磨性优势 (>2700°C), 在1300–1350°C处处理熔融铁所需. - 灰泥和干燥: 每次浆液蘸酱之后, 湿涂层撒上难治性谷物 (灰泥) 例如熔融二氧化硅或氧化铝以建立壳厚度和强度.
然后将图案干燥在湿度控制的腔室中.
通常, 6–8层, 导致强大的5–10毫米壳，能够承受铁的机械和热载荷. - 脱水和射击: 通过高压灭菌或闪光加热将蜡从外壳中取出 (100–160°C).
在800–1000°C的高温射击过程中消除了残留蜡, 也烧了外壳, 将其弯曲强度提高到5-10 MPa并确保铸造过程中的尺寸稳定性.
4.3 熔化和结节
延性铁的独特冶金需要在熔化过程中精确控制:
- 合金制备: 铁 (94–96％), 碳 (3.2–3.8％), 硅 (2.0–2.8％) 在1400–1500°C的感应炉中熔化.
- 结节: 镁 (0.03–0.08％) 或河流 (0.02–0.06％) 添加以将片状石墨转化为球形结节.
这个步骤至关重要 - 即使 0.04% 硫 (淋巴结剂毒药) 可以破坏微观结构. - 接种: 铁西硅 (0.2–0.5％) 在结节后加入结节后添加 (5–20结节/mm²) 并防止寒意 (马氏体形成).
4.4 倒入和凝固
- 浇注: 熔融延性铁 (1300–1350°C) 被倒入热壳中 (800–1000°C) 为了最大程度地减少热冲击.
壳的高热电导率 (1–2 w/m·k) 加速冷却至20–30°C/min - 比砂铸 (5–20°C/min) - 重新固定晶粒结构. - 凝固: 冷却过程中的石墨结节形成, 随着陶瓷外壳限制收缩 (3–5％体积) 降低孔隙率.
由于投资铸造的近网状设计，立管材料很少.
4.5 精加工
- 壳去除: 使用振动方法去除硬化的陶瓷外壳, 机械影响, 或高压水喷射.
- 切割和清洁: 单个铸件与门控系统和地面分开，以去除门连接处的任何残留金属.
- 热处理 (选修的):
-
- 退火: 在850–900°C下进行 2 小时软化材料以更容易加工.
- 回火 (T6样处理): 在500–550°C下进行以增强强度, 韧性, 和承重部件的疲劳性抗性.
5. 投资铸铁的冶金优势
投资铸造的受控冷却和外壳刚度增强了延性铁的微观结构:
- 精制石墨结节: 更快的冷却 (20–30°C/min) 产生较小, 更多均匀的结节 (10–20结节/mm². 5–10在沙子铸造中),
提高拉伸强度10-15％ (例如。, 450 MPA vs. 400 MPA为单GJS-400-15). - 孔隙率降低: 陶瓷壳限制气体夹带, 有孔隙率 <0.5% (vs. 1–2％的沙子铸造), 改善疲劳阻力 (120–140 MPa在10°周期与. 100–120 MPA).
- 均匀矩阵: 外壳的冷却最小化的隔离, 导致一致的铁氧体/珠光体基质 - 至关重要的墙壁 (1–3毫米) 沙子铸造可能形成脆皮区域.
6. 延性铁投资铸造的普通等级
延性铁投资铸造支持各种成绩, 每个针对特定机械量身定制的, 热的, 或防腐性能.
这些等级由国际标准（例如ASTM A536）定义, ISO 1083, 和en-gjs (欧洲), 主要不同 抗拉强度, 伸长, 硬度, 和 结节性.
| 年级 | 标准 | 抗拉强度 (MPA) | 产生强度 (MPA) | 伸长 (%) | 典型的应用 | 关键特征 |
| GJS-400-15 | EN-GJS-400-15 | ≥ 400 | ≥ 250 | ≥ 15 | 泵外壳, 阀体, 括号 | 出色的延展性和可铸性 |
| GJS-500-7 | EN-GJS-500-7 | ≥ 500 | ≥ 320 | ≥ 7 | 汽车指关节, 悬架武器, 管配件 | 良好的强度与牙能平衡 |
| GJS-600-3 | EN-GJS-600-3 | ≥ 600 | ≥ 370 | ≥ 3 | 结构部件, 齿轮, 法兰 | 更高的强度, 中等伸长 |
| ASTM A536 65-45-12 | ASTM A536 | ≥ 450 | ≥ 310 | ≥ 12 | 压缩机外壳, 工业机械 | 普通级具有平衡属性 |
| ASTM A536 80-55-06 | ASTM A536 | ≥ 550 | ≥ 380 | ≥ 6 | 轴载体, 集线器, 滑轮 | 较高的承载能力 |
| ASTM A536 100-70-03 | ASTM A536 | ≥ 700 | ≥ 480 | ≥ 3 | 高负载齿轮, 重型结构部分 | 高力量, 有限的延展性 |
| 奥斯特延延延性铁 (阿迪) | ASTM A897 / EN-GJS-800-8 | 800–1600 (取决于成绩) | 500–1200+ | 1–10 | 齿轮, 铁轨组件, 减震零件 | 特殊的强度和耐磨性 |
| Ni抗性延性铁 | ASTM A439型D2 | 〜400–600 | 〜200–300 | 〜10–15 | 海洋和化学环境中的耐腐蚀部分 | 增强的腐蚀/热稳定性 |
7. 延性铁投资铸造的优势
延性铁投资铸造结合了结节铁的机械益处和投资铸造的精度, 为高级工程应用提供强大的解决方案.
精确 & 复杂
- 精美的功能: 准确地复制了小型功能，例如 0.5 MM线程, 1 毫米壁厚, 和 复杂的内部通道 铸造几乎是不可能的.
- 减少加工: 提供近网状组件 将后加工削减70-90％, 节省时间和人工成本，尤其是耐受性或复杂的几何形状.
物质效率
- 高产: 物质利用率 85–95％ 大大优于沙子铸造 (60–70％), 最小化废物.
- 成本优化: 虽然前期成本更高, 材料和加工节省使其在经济上可行 中高价值组件.
增强的机械性能
- 优质微观结构: 快速冷却速率 (20–30°C/min) 在陶瓷壳中，优化石墨结节分布和晶粒尺寸.
- 改善疲劳生活: 孔隙率降低和精制结节增强 疲劳性和机械完整性, 延长部分寿命 20–30％ 在动态加载环境中.
设计自由
- 拓扑优化: 与3D打印的图案兼容 晶格结构, 内部冷却通道, 和空心部分.
- 减轻体重: 结构优化可以减少组件的重量 30–40％ 同时保持强度和刚度 - 对航空航天至关重要, 汽车, 和医疗行业.
8. 延性铁投资铸造的局限性和挑战
尽管有优势, 延性铁投资铸造具有多种限制，必须仔细管理.
更高的初始成本
- 工具和材料: 蜡喷射模具和高级陶瓷壳 (例如。, 基于氧化锆) 进行过程 3–5×更昂贵 比沙子铸造.
- 成本理由: 最适合 高性能或高精度申请 (例如。, 航天, 防御, 医疗的) 长期利益超过初始费用的地方.
尺寸限制
- 壳的力量: 陶瓷外壳超出了一定质量. 大多数投资铸件仅限于 <10 公斤.
- 比例约束: 较大或厚的零件 (例如。, >100 毫米壁厚) 是 更适合沙子或壳铸造.
结节敏感性
- 硫夹带: 封闭的陶瓷壳比砂霉保留更多的硫, 需要熔融硫水平为 <0.02% (比更严格 <0.03% 在沙子铸造中).
- 微观结构风险: 硫控制不良降解结节性, 导致脆性或类似片状石墨 - 促进延展性和疲劳寿命.
交货时间更长
- 处理复杂性: 投资铸造周期 - 包括 蜡模式产生, 多层外壳建筑, 和 de-waxing - 可以接受 2–4周.
- 迭代较慢: 不理想 快速原型制作 或较短的交货时间项目, 除非结合加法制造 (例如。, 3D打印模具或图案).
9. 延性铁投资铸造的常见应用
工业的 & 机械组件
- 精确 齿轮外壳 和 齿轮空白
- 高负载 括号 和 安装法兰
- 液压泵组件 和 阀体
- 压缩机叶轮 和 转子
航天
- 结构支架 带有减轻重量的晶格
- 起落架连杆 和 执行器武器
- 导弹鳍坐骑 和 炮塔外壳
- 高疲劳抗性 传感器外壳
汽车 & 运输
- 轻的 悬架武器 和 控制臂
- 差速器载体 和 指关节
- 高精度 歧管 和 涡轮增压器组件
- 风俗 电动汽车支架 和坐骑
医疗设备
- 生物相容性 骨科支撑 和 假肢框架
- 与MRI兼容的非有产住房
- 耐用的 轮椅关节 和 链接
工具 & 机械
- 精确 夹具, 固定装置, 和 机床框架
- 耐磨 死者 和 夹紧武器
- 高耐用性 机器人的手指 和 抓手
建造 & 建筑
- 高强度 负载锚, 铰链武器, 和 连接器
- 审美的 装饰性结构元素 带有复杂的细节
- 立面支撑框架 体重减轻
10. 与沙子铸造和其他方法的比较
| 方面 | 投资铸造 (延性铁) | 沙子铸造 | 丢失的泡沫铸件 | 离心铸件 |
| 维度的准确性 | 出色的 (±0.2–0.5 mm); 近网状 | 缓和 (±1.0–2.0 mm); 需要更多的加工 | 好的 (±0.5–1.0 mm); 胜于沙子铸造 | 高圆柱零件 (±0.3–0.7毫米) |
| 表面饰面 | 优越的 (RA1.6-3.2μm) | 更粗糙 (RA6.3-25μm); 需要后处理 | 公平的 (RA3.2-12.5μm) | 非常好 (RA1.6-6.3μm) |
| 复杂的几何形状 | 出色的; 支持底切, 薄壁 (0.5–1毫米), 内部功能 | 有限的; 不适合复杂的细节 | 好的; 允许中等复杂性 | 贫穷的; 最好的简单, 对称几何形状 |
| 物质利用 | 高的 (85–95％) | 降低 (60–75％) | 缓和 (70–85％) | 中高; 取决于立管设计 |
| 机械性能 | 由于谷物较细，孔隙率较低，因此增强了 | 好的, 但低于投资铸造 | 与沙子铸造相当 | 出色的定向强度 |
| 成本 (每单位) | 低容量; 精确高价值零件的经济性 | 低的; 大型的理想选择, 低成本生产 | 中等的; 工具比投资便宜 | 中至高; 设置成本取决于模具 |
| 工具成本 | 高的 (有些死了 + 外壳材料) | 低的 (木材/金属图案) | 低至中等 | 中等的 (需要旋转模具系统) |
| 交货时间 | 长的 (2–4周的工具 & 炮弹建筑) | 短的 (1–2周) | 短到中等 | 中等的 |
| 零件尺寸功能 | 小到中等 (通常 <50 公斤) | 小到很大 (多达几吨) | 中等到大 | 仅限于圆柱零件 (<500 MMØ通常) |
| 合适的申请 | 航天, 医疗的, 汽车精密零件 | 发动机块, 机器基础, 人孔盖 | 复杂的铸件等发动机头, 泵外壳 | 管道, 衬套, 袖子, 戒指 |
11. 质量保证和检查标准
满足苛刻的绩效和监管需求, 典型的检查包括:
- NDT: X射线, 超声波, 染料渗透剂测试
- 机械测试: 拉伸, 硬度, 伸长
- 微观结构分析: 石墨结节和基质相
- 维度检查: CMM (协调测量机)
- 标准随之而来: ASTM A536, ISO 1083, 在 1563
12. 结论
延性铁投资铸造 是一个确切的, 高融合制造方法，用于苛刻的应用程序, 复杂, 和尺寸控制.
而前期费用较高, 它大大降低了加工, 集会, 和质量控制开销.
随着行业要求更轻, 更强, 和更复杂的组件, 延性铁投资铸造继续吸引全球关键部门.
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常见问题解答
是适合大型组件的延性铁投资铸造?
通常没有. 投资铸造擅长生产具有复杂形状的中小型零件. 用于大型组件, 沙子铸造更经济.
延性铁如何与投资铸造中的钢相比?
延性铁 提供更好的振动阻尼和可铸性, 钢提供了出色的拉伸强度和耐磨性. 选择取决于应用程序的负载和耐用性需求.
通过投资铸造延性铁可以实现什么公差?
尺寸公差为±0.1-0.3毫米是典型的, 取决于零件的复杂性和大小.
可以焊接延性铁投资铸件?
焊接是可能的，但可能需要预热和焊接后热处理以避免破裂并保持微结构完整性.
投资铸造成本效益用于小批量生产?
这取决于. 对于具有复杂几何形状的低量精密零件, 投资铸造可以消除昂贵的加工和多零件组件, 抵消较高的工具成本.
