Uvod
Investiciono livenje je industrijski proces preciznog livenja koji koristi topljeni uzorak za stvaranje nepodijeljenog keramičkog kalupa, a koristi se za metale i legure na bazi gvožđe, aluminijum, nikl, kobalt, titanijum, i bakar.
Odljevci izrađeni ovom trasom odlikuju se visokom dimenzionalnom preciznošću i visokim kvalitetom površine, zbog čega je odabir legure tako odlučujući dio inženjerskog procesa.
Taj široki materijalni doseg je ono što čini investiciono lijevanje strateški moćnim: proces nije vezan za jednu porodicu metala, već problem dizajna.
Odgovarajuća legura može pretvoriti isti proces u lagani dio za zrakoplovstvo, tijelo ventila otporno na koroziju, komponenta turbine na visokim temperaturama, ili industrijski nosač otporan na habanje.
U praksi, legura nije samo izbor materijala; to je mehanizam koji pretvara proces livenja u konačni omotač performansi.
1. Šta čini leguru pogodnom za livenje u investicioni materijal
Castibilnost: polazna tačka
Legura je pogodna za livenje kada je to moguće čisto ispunite keramičku šupljinu, reprodukuju fine detalje, i učvrsti se u zvučni dio bez prevelikih nedostataka.
U livničkim terminima, ovo se obično opisuje kao castibilnost—lakoća s kojom se materijal može lijevati dok i dalje ispunjava zahtjeve kvaliteta.
Ključni dio mogućnosti livenja je fluidnost, što znači sposobnost rastopljenog metala da teče dovoljno dugo da ispuni tanke dijelove, oštre karakteristike, i zamršene prolaze prije smrzavanja.
Lijevanje se posebno cijeni jer može proizvesti složene ili fino detaljne dijelove i smanjiti napor obrade, ali to dobro funkcionira samo kada se ponašanje legure topljenja i smrzavanja podudara s procesom ljuske.
Legure sa slabom fluidnošću, pretjerana osjetljivost na skupljanje, ili nestabilno ponašanje očvršćavanja mnogo je teže uspješno izvoditi u preciznom kalupu.
Ponašanje učvršćivanja i kontrola defekata
Odgovarajuća legura za livenje mora se očvrsnuti na kontrolisan način.
Ako se legura previše agresivno skupi, zamrzava prerano, ili razvija jaka žarišta, veća je vjerovatnoća da će odljevak pokazati poroznost, Egipat, Smanjenje šupljine, ili izobličenje.
Zbog toga je odabir legure uvijek vezan za debljinu presjeka, Dizajn greda, i željeni dio geometrije, a ne samo za hemiju.
Ovo je posebno važno kod odlivaka tankih zidova ili odlivaka bogatih detaljima, pri čemu talina mora ostati tečna tek toliko da se završi punjenje.
Eksperimentalni rad na malim metalnim konstrukcijama investicionim livenjem pokazuje da temperatura livenja i temperatura kalupa snažno utiču na infiltraciju i kvalitet punjenja, pojačavajući poentu da se legura i proces moraju uskladiti kao sistem.
Kompatibilnost sa atmosferom kastinga
Ne ponaša se svaka legura na isti način tokom topljenja i sipanja.
Neke porodice legura su stabilne u konvencionalnom livenju topljenim u zraku, dok su drugi visoko reaktivni i zahtijevaju vakuum ili strogo kontroliranu inertnu obradu.
Titanijumske legure su najjasniji primjer: cijenjeni su zbog male gustine i visoke specifične čvrstoće,
ali moraju se lijevati pod vakuumom ili visoko pročišćenim inertnim plinom jer lako apsorbiraju ili reagiraju s kisikom, azot, i vodonik na visokoj temperaturi.
Superlegure na bazi nikla često prate slične zahtjeve kontrolirane atmosfere.
Suprotno tome, Nerđajući čelici, karbonski čelici, Aluminijske legure, Bakrene legure, i mnoge porodice bronze se naširoko koriste u investicionom livenju
jer se mogu uspješno sipati sa konvencionalnim kontrolama ljevaonice, pod uslovom da su legura i proces pravilno usklađeni.
Ova fleksibilnost materijala jedna je od ključnih prednosti procesa.
Odgovor na svojstvo nakon livenja
Dobru leguru za livenje ne samo da je lako sipati; takođe mora razviti prava svojstva nakon livenja.
Mnoge porodice legura koje se koriste u investicionom livenju su odabrane jer dobro reaguju na toplotni tretman, starenje, ili stabilizacija nakon livenja.
Nerđajući čelici kao što je 17-4PH dobijaju veliki deo svojih performansi kroz starenje, dok legure za livenje aluminijuma kao npr 356, A356, i A357 se široko koriste jer njihova konačna svojstva jako zavise od termičke obrade i mikrostrukturne kontrole.
To znači da legura treba biti procijenjena u cijelom lancu procesa: ponašanje topljenja, punjenje ljuske, učvršćenja, toplotni tretman, obrada, i krajnje uslužno okruženje.
Legura koja izgleda atraktivno na papiru, ali se ne može stabilizirati u željenom prozoru svojstva nakon livenja nije dobar kandidat za livenje.
Preciznost dimenzionisanja i dopuna obrade
Pogodnost legure takođe zavisi od toga da li livnica može da postigne potrebnu toleranciju i kvalitet površine za tu porodicu materijala.
Sistemi za livenje gvožđa, nikl, kobalt, bakar, aluminijum, magnezijum, i titanijum ne daju svi istu kovertu tačnosti, a izbor legure utiče na ponašanje kontrakcije, interakcija ljuske, i iznos dodatka za obradu koji se mora rezervisati.
U praktičnom smislu, legura mora sarađivati sa strategijom tolerancije, ne boriti se protiv toga.
Ovo je jedan od razloga zašto je livenje tako vrijedno za složene dijelove: proces može smanjiti obradbu i gubitak oblika koji je skoro neto, ali samo ako su karakteristike tečenja i očvršćavanja legure kompatibilne sa ciljnom geometrijom.
Ekonomičan i pogodan za primjenu
Konačno, legura je pogodna za livenje kada je proces ekonomski smislen za primenu.
Lijevanje se koristi jer može proizvesti složene oblike, uštedite vrijeme obrade, i smanjiti broj delova, ali odabrana legura mora opravdati troškove procesa kroz prednosti performansi ili geometrije.
Na primjer, nehrđajući čelici su odabrani zbog otpornosti na koroziju i čvrstoće, legure aluminijuma za malu težinu, legure na bazi nikla za visoke temperature,
titanijum za visoku specifičnu čvrstoću i otpornost na koroziju, i legure na bazi bakra za provodljivost ili performanse vezane za habanje.
2. Glavne porodice legura i reprezentativni razredi
Investiciono livenje podržava širok spektar legura, ali legure nisu zamjenjive.
Svaka porodica donosi drugačiji balans mogućnosti livenja, snaga, Otpornost na koroziju, temperaturna sposobnost, obratnost, i zahtjevima atmosfere.
Ugljični i niskolegirani čelici
Ugljenični i niskolegirani čelici su strukturna osnova livenja za ulaganje.
Široko se koriste jer se kombinuju Dobra tavabilnost, jake mehaničke performanse, i relativno niske cijene materijala.
Karbonski čelici generalno ih je lakše bacati nego Legura čeli, dok niskolegirani razredi kao npr 4130 i 4140 se biraju kada je veća snaga, Ublaživost, ili je potrebna čvrstina.
Uobičajene ocjene uključuju 1020, 1045, 4130, 4140, 4340, i 8620, zajedno sa standardnim vrstama livenja čelika koji se koriste u industriji.
Tipični slučajevi upotrebe uključuju strukturne nosače, industrijski hardver, Komponente mašina, i dijelovi koji se odnose na pritisak, gdje su čvrstoća i kontrola troškova važniji od otpornosti na koroziju.
Ove legure obično zavise od termičke obrade kako bi se postigla krajnja svojstva.
Austenitni nehrđajući čelici
Austenitan Nerđajući čelici su najčešća porodica odlivaka otpornih na koroziju.
Oni su cijenjeni zbog Izvrsna otpornost na koroziju, Dobra zavarivost, i široka industrijska dostupnost.
Reprezentativne ocjene uključuju 304 / CF-8, 316 / CF-8M, 316L / CF-3M, 304L, i 316l.
Ove vrste se široko koriste kada odljevak mora biti otporan na vlagu, hemikalije, okruženja za usluživanje hrane, Morska izloženost, ili opšta atmosferska korozija.
Niskougljične varijante, posebno 304L i 316L, su posebno korisni tamo gdje bi zavarivanje ili termičko izlaganje nakon livenja moglo smanjiti otpornost na koroziju.
Zato su austenitni nerđajući čelici podrazumevani izbor za ventile, tela pumpe, Okov, Kućišta, i mnoge industrijske komponente.
Nerđajući čelici koji otvrdnjavaju precipitacijom
Nehrđajući čelik koji se stvrdnjava pri padavinama se bira kada se otpornost na koroziju nehrđajućeg čelika mora kombinirati sa znatno većom čvrstoćom.
Najčešći tipovi livenja za ulaganje u ovoj porodici uključuju 17-4Ph i 15-5Ph.
Ove legure dobijaju veći deo svojih konačnih performansi usled termičke obrade starenjem, što ih čini posebno atraktivnim za dijelove koji moraju biti jaki, dimenzionalno stabilan, i dalje otporan na koroziju.
PH nerđajući čelici se široko koriste u vazduhoplovstvu, hidraulički, odbrana, i precizne industrijske komponente jer nude vrlo korisnu ravnotežu između čvrstoće i otpornosti na koroziju.
U mnogim programima, oni su najjača praktična opcija u porodici od nerđajućeg čelika.
Dupleks nerđajući čelici
Dupleks nerđajući čelici kombinuju ferit i austenit u mešovitoj mikrostrukturi,
i to im daje veća čvrstoća i poboljšana otpornost na korozijsko pucanje pod naponom kloridom u poređenju sa običnim austenitnim nerđajućim čelicima.
Uobičajene ocjene livenja uključuju 2205-bazirane na dupleks ocjenama i srodne klase dupleksnog livenja koje se koriste u agresivnim servisnim okruženjima.
Ova porodica je posebno korisna za offshore, hemikalija, i servis sa hloridima gdje 316L može biti prihvatljiv, ali nije idealan.
Dvostruka struktura čini leguru atraktivnom kada dio mora podnijeti i pritisak i izloženost koroziji s boljom čvrstoćom od standardnog austenitnog čelika.
Aluminijske legure
Aluminijumska livenje legure se koriste kada niska gustina, Dobra tavabilnost, i razvoj čvrstoće termički obradive su prioriteti.
Najpriznatije vrste aluminijuma za livenje za ulaganje uključuju 356, A356, A357, C355, A354, A201, i A206.
Ove legure se široko koriste u lakim inženjerskim komponentama, posebno kada je geometrija previše složena ili skupa za mašinsku obradu iz čvrstih materijala.
Među njima, 356, A356, i A357 su posebno važne benchmark porodice.
Omiljeni su jer kombinuju mogućnost livenja sa praktičnim odzivom na termičku obradu i jakim balansom težine i performansi.
To ih čini uobičajenim u vazduhoplovstvu, automobilski, i precizni industrijski dijelovi.
Superlegure na bazi nikla
Superlegure na bazi nikla su vrhunski izbor kada Snaga visoke temperature, Otpornost na oksidaciju, i otpornost na koroziju dominiraju skupom zahtjeva.
Uobičajene ocjene uključuju Inconel 600, 625, 713, 718, 617, 690, Haynes 230, Rene 41, Mar-M-247, i nikl X.
Ove legure se često povezuju sa zahtjevnim aplikacijama livenja kao što su hardver turbina i komponente vrućeg presjeka.
Mnogi odljevci na bazi nikla proizvode se u vakuumskim sistemima jer se porodica legura koristi u okruženjima gdje su kontrola kontaminacije i integritet pri visokim temperaturama kritični.
Iz tog razloga, legure nikla zauzimaju jednu od najspecijalizovanijih pozicija u oblasti livenja za ulaganje.
Legure na bazi kobalta
Legure na bazi kobalta odabiru se kada dio mora izdržati nositi, abrazija, vruća tvrdoća, i oksidacija pod teškim uslovima rada.
Reprezentativne ocjene uključuju CB3, CB6, CB12, CB21, CB93, kao i legure stelitnog tipa i biomedicinske CoCrMo varijante kao npr ASTM F75 / Porodice vezane za L605.
Ova porodica je važna za habajuće površine ventila, visokotemperaturne komponente, i drugi dijelovi gdje su tribološke performanse važne koliko i otpornost na koroziju.
U poređenju sa nerđajućim čelikom, legure kobalta su mnogo specijalizovanije i obično mnogo skuplje, ali oni rješavaju probleme koje standardne vrste nerđajućeg čelika ne mogu.
Legure od titana
Titanijumsko livenje koristi se kada dizajn to zahtijeva niska gustina, Visoka specifična snaga, i izvanredna otpornost na koroziju, ali takođe zahteva veoma strogu kontrolu atmosfere.
Uobičajene ocjene uključuju Razred 2 i Ti-6Al-4V Grade 5, potonja je najpoznatija legura titana u inženjerstvu i medicini.
Odlivci od titana moraju se proizvoditi ispod vakuum ili visoko prečišćeni inertni gas jer titanijum lako reaguje sa kiseonikom, azot, i vodonik na povišenoj temperaturi.
Taj zahtjev čini titan jednom od tehnički najzahtjevnijih, ali i jednom od strateški najvrednijih porodica legura u investicionom livenju..
Legure na bazi bakra
Legure na bazi bakra koriste se kada je to potrebno provodljivost, Otpornost na koroziju, ponašanje pri habanju, ili dekorativni izgled.
Uobičajen livenje bakra ocjene uključuju mesing C87500, silicijum bronza C87200, C87300, C87600, i aluminijske bronze C95200, C95300.
Ova porodica se često bira za okove, hardver, i specijalne komponente kod kojih toplinska ili električna provodljivost može biti dio funkcionalnog zahtjeva.
Bronza porodice su također privlačne kada je otpornost na koroziju ili otpornost na habanje važnija od male mase.
3. Inherentni mehanizam usklađivanja između metalurgije legure i dvije jezgre tehnologije ljuske za investiciono livenje
Prava granica između vodeno staklo i Silica Sol investiciono livenje postavlja metalurgija, ne marketinškim jezikom.
Ponašanje legure pri topljenju, oksidaciona osetljivost, opseg očvršćavanja, i tendencija površinske reakcije mora odgovarati toplinskoj čvrstoći ljuske, propusnost, i hemijska stabilnost.
Drugim riječima, ljuska nije samo kalup; to je termičko i hemijsko radno okruženje legure.
Vodeno staklo (Natrijum silikat) Shell Alloy Adaptation Logic
Školjke od vodenog stakla su praktične, troškovno orijentisano rešenje.
Brzo se izleče, podržavaju brzi obrt, i naširoko su opisani kao jeftiniji od silicijum sol sistema, ali takođe daju grublju površinu i manju preciznost dimenzija.
To ih čini boljim za legure i dijelove koji ne zahtijevaju vrhunsku reprodukciju školjke, posebno srednje precizni strukturalni odljevci sa debljim profilima.
Sa stanovišta odabira legure, školjke od vodenog stakla su najprirodnije usklađene karbonski čelici, Steels niskog legura, mnogi sistemi od mesinga i bronze, i druge konvencionalne industrijske legure.
Ovi materijali su generalno dovoljno stabilni da rade u okviru procesa natrijum-silikatne ljuske, i obično ne zahtijevaju nivo zaštite atmosfere koji zahtijevaju titanijum ili najreaktivnije visokotemperaturne superlegura.
Mehanizam je jednostavan: proces favorizuje legure čije ponašanje pri izlivanju i očvršćavanju može tolerisati sistem omotača dobra strukturna čvrstoća, ali umjerena površinska vjernost.
Zbog toga livenje vodenog stakla ostaje privlačno za nosače, industrijski dijelovi teških zidova, i troškovno osjetljivi proizvodni pogoni gdje se odljevni otvor može kasnije obrađivati ako je potrebno.
Silica Sol Colloidal Shell Alloy Adaptation Logic
Školjke silicijum-sola su precizan put. Oni se više puta opisuju kao isporučujući Bolja dimenzijska tačnost, manja hrapavost površine, i duži ciklus izrade školjki sa većim troškovima nego sistemi vodenog stakla.
Ta dodatna investicija se isplati kada legura ili geometrija zahtijevaju finije detalje, Tanji zidovi, ili čvršća kontrola površine i tolerancije.
Zbog toga je silicijum sol najbolja opcija Austenitni nehrđajući čelici, PH nerđajući čelici, Duplex nehrđajući čelici, Aluminijske legure, Legure bakara, Superoji nikla-baza, i legura titanijuma kada se ti materijali koriste u preciznim odljevcima ili odljevcima visokih performansi.
Finija struktura školjke i bolja reprodukcija površine čuvaju vrijednost tih sistema legure umjesto da ih degradiraju grubljim sučeljem kalupa.
Za reaktivne legure, silicijum sol je posebno važan.
Titanijum i mnogi sistemi na bazi nikla zahtevaju visoko kontrolisane atmosfere obrade,
a posebno lijevanje titana vezano je za zaštitu od vakuuma ili visoko pročišćenog inertnog plina zbog reaktivnosti metala s kisikom, azot, i vodonik.
U tim slučajevima, izbor školjke je dio metalurgije, ne samo dio alata.
Karakteristike stvrdnjavanja legure koje upravljaju dizajnom vrata i uspona
Ponašanje legure pri skrućivanju trebalo bi da odredi sistem dovoda, ne obrnuto.
Legure sa širim rasponom smrzavanja ili težim ponašanjem pri hranjenju zahtijevaju namjerniju kontrolu usmjerenog očvršćavanja,
dok se legure sa užim ponašanjem učvršćivanja često mogu jednostavnije hraniti ako je vruća tačka pravilno postavljena.
Zbog toga legirana metalurgija direktno upravlja gajtingom, raspored uspona, i upravljanje vrućim tačkama u investicionom livenju.
Legure sa širim rasponom očvršćavanja
Superlegure na bazi nikla, Duplex nehrđajući čelici, a neke druge složene legure su zahtjevnije u ishrani
jer njihovo ponašanje učvršćivanja može potaknuti raspršeno skupljanje ili mikroporoznost ako termički put nije dobro kontroliran.
Ove legure često imaju koristi od gušće logike uspona i pažljivijeg dizajna sekvencijalnog očvršćavanja.
Legure sa užim opsegom smrzavanja
Ugljični čelici i neke legure na bazi bakra obično koncentrišu skupljanje prema vrućim tačkama konačnog skrućivanja,
što znači da centralizovanija strategija napajanja može biti dovoljna ako je geometrija dela dobro dizajnirana.
U takvim slučajevima, sistem zatvaranja treba da bude gladak i čist, ali mreža uspona često može biti manje složena nego za visoko osjetljive legure.
Legure visoke osjetljivosti na oksidaciju
Legure aluminija i titana su posebno osjetljive na stvaranje oksida i zarobljavanje plina,
tako da sistem zatvaranja mora minimizirati turbulenciju i očuvati čistoću taline.
Za te legure, sistem ljuske i praksa izlivanja moraju raditi zajedno kako bi se izbjeglo savijanje oksida, uvučeni gas, i gubitak kvaliteta površine.
4. Kako odabrati pravu leguru za livenje za ulaganje
Počnite od uslužnog okruženja
Prvi filter za odabir je radno okruženje dijela.
Ako će komponenta živjeti u ambijentalnom zatvorenom servisu, širok spektar čelika i aluminijskih legura može raditi. Ako će se suočiti s morskom vodom, hloridi, hemikalije, ili toplote, prihvatljiv prozor od legure brzo se sužava.
U praktičnim vodičima za odabir legure, korozivno okruženje, radna temperatura, Mehaničko opterećenje, težina, obratnost, i trošak su glavne varijable odluke, ne samo ime legure.
Uskladite porodicu legura sa dominantnim zahtjevom
Dobro je pravilo dopustiti da dominantni zahtjevi upravljaju porodičnim izborom.
Koristiti ugljenični i niskolegirani čelici kada su snaga i ravnoteža troškova najvažniji; Austenitni nehrđajući čelici kada su otpornost na koroziju i zavarljivost glavni ciljevi;
Aluminijske legure kada je smanjenje težine bitno; Superoji nikla-baza kada dominiraju temperatura i otpornost na oksidaciju;
legure na bazi kobalta kada su habanje i vruća tvrdoća bitni; i Legure od titana kada se mala gustina i visoka specifična čvrstoća moraju kombinovati sa otpornošću na koroziju.
Ovo su ponavljajući obrasci na nivou porodice preko referenci za investiranje.
Provjerite atmosferu u kastingu prije nego što provjerite cijenu
Neke legure se mogu liveti u konvencionalnim uslovima livnice, dok drugima je potrebna vakuumska ili visoko kontrolirana inertna obrada.
Titanijum je najjasniji primer: livenje titana mora se obaviti pod vakuumom ili zaštitom od inertnog gasa jer metal lako reaguje sa kiseonikom, azot, i vodonik na visokoj temperaturi.
Superlegure na bazi nikla takođe često prelaze u vakuumsko livenje kada je primena osetljiva na ekstremne temperature ili kontaminaciju.
Tretirajte termičku obradu kao dio izbora legure
Za mnoge legure, uslov za livenje je samo početna tačka.
Legure za livenje aluminijuma kao npr 356, A356, i A357 su odabrani dijelom zato što razvijaju korisnu čvrstoću nakon termičke obrade,
dok nehrđajući čelik koji stvrdnjava precipitacijom, kao što su 17-4PH i 15-5PH, većinu svojih performansi dobijaju starenjem.
Ako termički ciklus nakon livenja nije praktičan za porodicu legura, legura nije dobar proces čak i ako hemija izgleda atraktivno na papiru.
Uravnotežite ciljeve imovine s troškovima životnog ciklusa
Najbolja legura nije najjača ili najjeftinija izolovano. To je legura koja ispunjava zahtjeve za servisiranje s najmanjim ukupnim troškovima tokom životnog vijeka dijela.
Nehrđajući odljevak 316L može biti pravi odgovor za zavarene, industrijski dio otporan na koroziju; Dupleks klasa može biti opravdana kada se mora poboljšati otpornost na hloridnu koroziju pod naponom;
legura nikla ili kobalta može biti opravdana kada bi kvar na toplotu ili habanje bio skuplji od same legure.
To je prava odluka o investiranju: prvo performanse usluge, drugi trošak procesa, nabavna cijena treća.
5. Implikacije procesa po porodici legure
Investiciono livenje je jedan proces, ali postavke procesa nisu iste za svaku porodicu legura.
Livnica mora prilagoditi atmosferu, ponašanje ljuske, praksa izlivanja, toplotni tretman, i strategija inspekcije koja odgovara leguri.
Tabela ispod sumira glavne posljedice procesa po porodici.
| Porodica legure | Glavna implikacija procesa | Šta livnica mora da kontroliše | Tipična praktična posljedica |
| Ugljik / Steels niskog legura | Konvencionalna ruta uložnog livenja sa jakom zavisnošću od termičke obrade. | Ponašanje učvršćivanja, hranjenje skupljanjem, i normalizacija nakon izvođenja / odgovor na gašenje i raspoloženje. | Dobra strukturalna vrijednost, široku upotrebu u mašinama i industrijskom hardveru. |
| Austenitni nehrđajući čelici | Dobra mogućnost za svestrano livenje, Otpornost na koroziju, i ponašanje pri zavarivanju. | Kontrola ugljenika u niskougljičnim razredima, čistoća površine, i performanse na koroziju osjetljive na zavare. | Široko se koristi za ventile, tela pumpe, Okov, i opšti servis protiv korozije. |
PH nerđajući čelici |
Jača ruta od nerđajućeg čelika, ali termička obrada starenja je dio paketa nekretnina. | Liječenje rješenja, odgovor na starenje, i stabilnost dimenzija tokom termičke obrade. | Poželjno tamo gdje nehrđajući dijelovi trebaju mnogo veću čvrstoću od 316L. |
| Dupleks nerđajući čelici | Balans mikrostrukture je kritičan; snaga i SCC otpor ovise o kontroli faze. | Hemijska bilanca, praksa hlađenja, i izbjegavanje fazne neravnoteže. | Bolji izbor od standardnih austenitnih čelika u radu sa teškim hloridima. |
| Aluminijske legure | Lagani odljevci u obliku mreže sa jakom ovisnošću o toplinskoj obradi. | Kontrola poroznosti, Stopa učvršćenja, i odgovor na starenje porodica kao npr 356 / A356 / A357. | Najbolje za dijelove osjetljive na težinu gdje su važni geometrija i smanjenje obrade. |
Superlegure na bazi nikla |
Često je potrebno vakuumsko livenje zbog osjetljivosti na kontaminaciju na visokoj temperaturi. | Kiseonik / kontrola azota, topiti čistoću, i stabilnost procesa u vakuumu ili inertnoj atmosferi. | Koristi se za dijelove turbina i vrućih dijelova gdje je bitna čvrstoća na temperaturi. |
| Legure na bazi kobalta | Odabrano zbog vruće tvrdoće i habanja, pa je tolerancija kvarova niska. | Geometrija osjetljiva na habanje, integritet vrućeg preseka, i završiti oko površina kritičnih prema habanju. | Koristi se tamo gdje otpornost na habanje i oksidaciju opravdava veće opterećenje procesa. |
| Legure od titana | Mora se rastopiti i uliti u vakuum ili visoko pročišćeni inertni gas. | Apsolutna kontrola kontaminacije, čistoća atmosfere, i pažljiv odabir ljuske/materijala. | Delovi visoke specifične čvrstoće za vazduhoplovstvo, marine, hemikalija, i medicinske aplikacije. |
| Legure na bazi bakra | Općenito je lakše za livenje od titanijuma ili legura nikla, ali još uvijek osjetljiv na hemiju. | Kvalitet vođen provodljivošću, kontrola oksida, i integritet površine tamo gdje je kontakt ili dekorativna završna obrada bitna. | Uobičajeno za okove, provodni dijelovi, i habajuće ili dekorativne komponente. |
6. Analiza ekonomskog troška cijelog životnog ciklusa različitih legura za investiciono livenje
Ukupni trošak komponenti sastoji se od tri osnovna segmenta: troškovi nabavke sirovina,
topljenje & troškovi obrade livenja i dugoročni troškovi održavanja u radu, određivanje troškovno orijentirane granice izbora legure.
Hijerarhija troškova sirovina:
Carbon čelik < uobičajena legura aluminijuma < konvencionalno 304 nehrđajući čelik < 316L Nerđajući čelik < legura bakra < Dupleks nehrđajući čelik < nerđajući čelik koji se stvrdnjava na taloženje < superlegura nikla < TC4 legura titanijuma;
Jedinična cijena titanijumske sirovine dostiže 7~11 puta 304 nehrđajući čelik zbog složenog Kroll procesa topljenja i velike potrošnje energije.
Trošak obrade livnice:
Vodeno staklo livene legure (Carbon čelik, uobičajeni mesing/aluminij) vlastite najniže troškove obrade sa zrelom opremom s niskim ulaganjem i visokim proizvodnim prinosom;
silicijum sol vrhunske legure (superlegura, titanijum) stvaraju dodatne troškove iz vakuumskog topljenja,
visokokvalitetna vatrostalna i stroga kontrola atmosfere, troškovi obrade naglo rastu.
Sveobuhvatni trošak dugotrajnog životnog ciklusa:
Jeftini ugljični/nehrđajući čelik zahtijevaju redovno antikorozivno održavanje i periodičnu zamjenu u morskom/hemijskom korozivnom okruženju, akumulirajući visoke troškove nakon servisiranja;
Odlivci od superlegura titana i nikla ostvaruju decenije servisiranja bez održavanja u teškim radnim uslovima,
nadoknađivanje visokih početnih ulaganja kroz produženi vijek trajanja za velike inženjerske projekte dugog ciklusa.
7. Tipična primjena
| Porodica legure | Tipična logika aplikacije |
| Ugljični i niskolegirani čelici | Strukturni dijelovi, komponente vezane za pritisak, opšti industrijski hardver. |
| Austenitni nehrđajući čelici | Ventili, tela pumpe, hrana, hemikalija, marine, i općenito dijelovi otporni na koroziju. |
| PH nerđajući čelici | Hidraulički dijelovi, Aerospace dijelovi, medicinskih uređaja, i hardver visoke čvrstoće. |
| Dupleks nerđajući čelici | Industrijski sistemi izloženi hloridima, hemijska i pomorska služba. |
Aluminijske legure |
Lagani vazduhoplovstvo, odbrana, automobilski, i industrijski hardver. |
| Nikel Superolloys | Turbine, Sustavi sagorevanja, marine diesel, dijelovi vrućeg presjeka i dijelovi kritični prema koroziji. |
| Legure kobalta | Nositi, abrazija, visokotemperaturna oksidacija, i aplikacije vezane za implantate. |
| Legure od titana | Vazdušni prostor, marine, hemikalija, i aplikacije implantata. |
| Legure na bazi bakra | Konduktivni hardver, bronzani okovi, Dijelovi otporni na habanje, i dekorativne komponente. |
8. Zaključak
Legure za investiciono livenje su višestruke, sistem komplementarnih materijala sa više performansi koji pokriva jeftine strukturne materijale na bazi željeza do specijalnog titana i superlegura ultra visokih performansi,
čija osnovna logika aplikacije zavisi od kompromisa između metalurške inherentne imovine, prilagodljivost procesa i sveobuhvatna ekonomska korist životnog ciklusa.
U modernom preciznom dizajnu livnice, racionalno usklađivanje stepenovane legure i strukturalni raspored kompozitnog materijala postupno zamjenjuju slijepi dizajn od jednog materijala i pune komponente,
maksimiziranje odgovarajućih materijalnih prednosti različitih legura za livenje i postizanje optimalne ravnoteže između kvaliteta oblikovanja komponenti, prinos prerade i ekonomska korist dugoročne usluge.
FAQs
Zašto livenje titanijuma izbegava obične keramičke školjke na bazi silicijuma?
Rastopljeni titan burno reaguje sa SiO₂ unutar silicijum-dioksida vatrostalnog materijala na visokoj temperaturi izlivanja stvarajući krhki sloj kontaminacije titanijum oksidom (α-slučaj), pogoršanje mehaničkih svojstava površine;
Kalcijum oksid neutralni vatrostalni služi ekskluzivnom materijalu školjke za livenje titanijuma.
Koja legura dovodi do najjače dispergovane mikroporoznosti tokom investicionog livenja?
Superlegura na bazi nikla sa izuzetno širokim temperaturnim rasponom očvršćavanja najsklonija je interdendritskoj mikroporoznosti,
koji se može efikasno kontrolisati putem mikrolegiranja bora i optimizovanog dizajna sekvencijalnog napajanja uspona.
Može li livenje za ulaganje zamijeniti kovanje za komponente superlegura?
Uložni livenje u obliku skoro mreže ostvaruje složenu unutrašnju strukturu šupljine nemoguću kovanjem, pogodan za složene statičke komponente superlegura;
rotirajući dijelovi turbine s dinamičkim opterećenjem visokog ciklusa i dalje usvajaju kovanje plus naknadni proces formiranja smjese za lijevanje u investiciju.
