Introducción
Fundición a la cera perdida Es un proceso industrial de fundición de precisión que utiliza un patrón de fusión para crear un molde cerámico indiviso., y se utiliza para metales y aleaciones basadas en hierro, aluminio, níquel, cobalto, titanio, y cobre.
Las piezas fundidas realizadas por esta vía se caracterizan por una alta precisión dimensional y una alta calidad superficial., Es por eso que la selección de aleaciones es una parte tan decisiva del proceso de ingeniería..
Ese amplio alcance material es lo que hace que el casting de inversión sea estratégicamente poderoso.: El proceso no está ligado a una sola familia de metales., sino a un problema de diseño.
La aleación adecuada puede convertir el mismo proceso en una pieza aeroespacial ligera, un cuerpo de válvula resistente a la corrosión, un componente de turbina de alta temperatura, o un soporte industrial resistente al desgaste.
En la práctica, La aleación no es sólo una elección de material.; Es el mecanismo que convierte el proceso de fundición en el resultado final..
1. ¿Qué hace que una aleación sea adecuada para la fundición a la cera perdida?
Castigabilidad: el punto de partida
Una aleación es adecuada para fundición a la cera perdida cuando puede llenar la cavidad cerámica limpiamente, reproducir detalles finos, y solidificarse en una pieza sana sin defectos excesivos.
En términos de fundición, esto generalmente se describe como castigabilidad—la facilidad con la que se puede fundir un material sin dejar de cumplir con los requisitos de calidad.
Una parte clave de la castabilidad es fluidez, es decir, la capacidad del metal fundido para seguir fluyendo el tiempo suficiente para llenar secciones delgadas, rasgos nítidos, y pasajes intrincados antes de congelarse.
La fundición a la cera perdida se valora específicamente porque puede producir piezas complejas o con detalles finos y reducir el esfuerzo de mecanizado., pero eso sólo funciona bien cuando el comportamiento de fusión y congelación de la aleación coincide con el proceso de la cáscara..
Aleaciones con poca fluidez., sensibilidad excesiva a la contracción, o comportamiento de solidificación inestable son mucho más difíciles de ejecutar con éxito en un molde de carcasa de precisión.
Comportamiento de solidificación y control de defectos.
Una aleación de fundición adecuada debe solidificarse de forma controlada..
Si la aleación se contrae demasiado agresivamente, se congela demasiado pronto, o desarrolla fuertes puntos calientes, Es más probable que la fundición muestre porosidad., Egipto, cavidades de contracción, o distorsión.
Es por eso que la selección de la aleación siempre está ligada al espesor de la sección., diseño de activación, y la geometría de la pieza prevista en lugar de solo a la química.
Esto es especialmente importante en piezas fundidas de paredes delgadas o ricas en detalles., donde la masa fundida debe permanecer fluida el tiempo suficiente para completar el llenado.
El trabajo experimental en pequeñas estructuras metálicas mediante fundición a la cera perdida muestra que la temperatura de fundición y la temperatura del molde afectan fuertemente la infiltración y la calidad del relleno., Reforzando el punto de que la aleación y el proceso deben combinarse como un sistema..
Compatibilidad con la atmósfera del casting.
No todas las aleaciones se comportan de la misma manera durante la fusión y el vertido..
Algunas familias de aleaciones son estables en la fundición a la cera perdida convencional., mientras que otros son altamente reactivos y requieren vacío o procesamiento inerte estrictamente controlado..
Las aleaciones de titanio son el ejemplo más claro: Son apreciados por su baja densidad y alta resistencia específica.,
pero deben fundirse al vacío o con gas inerte altamente purificado porque absorben o reaccionan fácilmente con el oxígeno., nitrógeno, e hidrógeno a alta temperatura.
Las superaleaciones a base de níquel a menudo siguen requisitos similares de atmósfera controlada..
En contraste, aceros inoxidables, aceros al carbono, aleaciones de aluminio, aleaciones de cobre, Y muchas familias de bronce se utilizan ampliamente en la fundición a la cera perdida.
porque se pueden verter con éxito con controles de fundición convencionales, siempre que la aleación y el proceso coincidan adecuadamente.
Esta flexibilidad del material es una de las fortalezas que definen el proceso..
Respuesta de la propiedad después del casting
Una buena aleación de fundición a la cera perdida no sólo es fácil de verter; También debe desarrollar las propiedades adecuadas después del colado..
Se seleccionan muchas familias de aleaciones utilizadas en fundición a la cera perdida porque responden bien a tratamiento térmico, envejecimiento, o estabilización post-molde.
Los aceros inoxidables como el 17-4PH obtienen gran parte de su rendimiento a través del envejecimiento., mientras que las aleaciones de fundición de aluminio como 356, A356, y A357 se utilizan ampliamente porque sus propiedades finales dependen en gran medida del tratamiento térmico y el control microestructural..
Eso significa que la aleación debe evaluarse a lo largo de toda la cadena del proceso.: comportamiento de fusión, relleno de concha, solidificación, tratamiento térmico, mecanizado, y entorno de servicio final.
Una aleación que parece atractiva sobre el papel pero que no puede estabilizarse en la ventana de propiedades requerida después de la fundición no es un buen candidato para la fundición a la cera perdida..
Precisión dimensional y tolerancia de mecanizado.
La idoneidad de la aleación también depende de si la fundición puede lograr la tolerancia y la calidad de la superficie requeridas para esa familia de materiales..
Sistemas de fundición para hierro., níquel, cobalto, cobre, aluminio, magnesio, y el titanio no todos ofrecen la misma precisión, y la elección de la aleación afecta el comportamiento de contracción, interacción de caparazón, y la cantidad de margen de mecanizado que debe reservarse.
En términos prácticos, La aleación debe cooperar con la estrategia de tolerancia., no luchar contra ello.
Ésta es una de las razones por las que la fundición a la cera perdida es tan valiosa para piezas complejas.: El proceso puede reducir el mecanizado y el desperdicio de forma casi neta., pero sólo si las características de flujo y solidificación de la aleación son compatibles con la geometría objetivo.
Ajuste económico y de aplicación
Finalmente, Una aleación es adecuada para fundición a la cera perdida cuando el proceso tiene sentido económico para la aplicación..
La fundición a la cera perdida se utiliza porque puede producir formas complejas., ahorrar tiempo de mecanizado, y reducir el número de piezas, pero la aleación seleccionada debe justificar el costo del proceso a través de beneficios de rendimiento o geometría..
Por ejemplo, Los aceros inoxidables se eligen por su resistencia a la corrosión y su resistencia., aleaciones de aluminio para un peso reducido, aleaciones a base de níquel para capacidad de alta temperatura,
Titanio para alta resistencia específica y resistencia a la corrosión., y aleaciones a base de cobre para conductividad o rendimiento relacionado con el desgaste..
2. Principales familias de aleaciones y grados representativos
La fundición a la cera perdida admite un amplio espectro de aleaciones, pero las aleaciones no son intercambiables.
Cada familia aporta un equilibrio diferente de castabilidad., fortaleza, resistencia a la corrosión, capacidad de temperatura, maquinabilidad, y requisitos de atmósfera.
Aceros al carbono y de baja aleación.
Los aceros al carbono y de baja aleación son la base estructural de la fundición a la cera perdida.
Son muy utilizados porque combinan buena capacidad, fuerte rendimiento mecánico, y coste de material comparativamente bajo.
Aceros al carbono son generalmente más fáciles de lanzar que aceros de aleación, mientras que los grados de baja aleación como 4130 y 4140 se seleccionan cuando mayor resistencia, Endurecimiento, o se necesita dureza.
Las calificaciones comunes incluyen 1020, 1045, 4130, 4140, 4340, y 8620, junto con los grados de fundición de acero estándar utilizados en toda la industria.
Los casos de uso típicos incluyen soportes estructurales, ferretería industrial, componentes de maquinaria, y piezas relacionadas con la presión donde la resistencia y el control de costos son más importantes que la resistencia a la corrosión.
Estas aleaciones suelen depender del tratamiento térmico para alcanzar los objetivos de propiedades finales..
Aceros inoxidables austeníticos
Austenítico aceros inoxidables son la familia de fundición de inversión resistente a la corrosión más común.
Son valorados por Excelente resistencia a la corrosión, buena soldadura, y amplia disponibilidad industrial.
Los grados representativos incluyen 304 / CF-8, 316 / CF-8M, 316L / CF-3M, 304L, y 316l.
Estos grados se utilizan ampliamente cuando la pieza fundida debe resistir la humedad., químicos, entornos de servicio de alimentos, exposición marina, o corrosión atmosférica general.
Las variantes bajas en carbono, especialmente 304L y 316L, Son particularmente útiles cuando la soldadura o la exposición térmica posterior al moldeado podrían reducir la resistencia a la corrosión..
Es por eso que los aceros inoxidables austeníticos son la opción predeterminada para las válvulas., cuerpos de bombas, guarniciones, alojamiento, y muchos componentes industriales.
Aceros inoxidables endurecidos por precipitación
Los aceros inoxidables endurecidos por precipitación se seleccionan cuando la resistencia a la corrosión del acero inoxidable debe combinarse con una resistencia sustancialmente mayor..
Los grados de fundición de inversión más comunes en esta familia incluyen 17-4Ph y 15-5Ph.
Estas aleaciones obtienen gran parte de su rendimiento final gracias al tratamiento térmico de envejecimiento., lo que los hace especialmente atractivos para piezas que deben ser fuertes, dimensionalmente estable, y aún resistente a la corrosión.
Los aceros inoxidables PH se utilizan ampliamente en el sector aeroespacial., hidráulico, defensa, y componentes industriales de precisión porque ofrecen un equilibrio muy útil entre resistencia a la corrosión.
En muchos programas, Son la opción práctica más potente dentro de la familia del acero inoxidable..
Aceros inoxidables dúplex
Los aceros inoxidables dúplex combinan ferrita y austenita en una microestructura mixta,
y eso les da Mayor resistencia y resistencia mejorada al agrietamiento por corrosión bajo tensión de cloruro. en comparación con los aceros inoxidables austeníticos ordinarios.
Los grados de yeso comunes incluyen 2205-grados dúplex basados y grados de fundición dúplex relacionados utilizados en entornos de servicio agresivos.
Esta familia es especialmente útil para offshore., químico, y servicio que contiene cloruro donde el 316L puede ser aceptable pero no ideal.
La estructura dúplex hace que la aleación sea atractiva cuando una pieza debe soportar tanto la presión como la exposición a la corrosión con mejor resistencia que el acero austenítico estándar..
Aleaciones de aluminio
Fundición de aluminio Las aleaciones se utilizan cuando baja densidad, buena capacidad, y desarrollo de resistencia tratable térmicamente son las prioridades.
Los grados de aluminio de fundición a la cera perdida más reconocidos incluyen 356, A356, A357, C355, A354, A201, y A206.
Estas aleaciones se utilizan ampliamente en componentes de ingeniería livianos., especialmente cuando la geometría es demasiado compleja o costosa para mecanizarla a partir de material sólido.
Entre ellos, 356, A356, y A357 son familias de referencia especialmente importantes.
Se prefieren porque combinan moldeabilidad con una respuesta práctica al tratamiento térmico y un fuerte equilibrio entre peso y rendimiento..
Esto los hace comunes en el sector aeroespacial., automotor, y piezas industriales de precisión.
Superaleaciones a base de níquel
Las superaleaciones a base de níquel son la mejor opción cuando fuerza de alta temperatura, resistencia a la oxidación, y resistencia a la corrosión dominar el conjunto de requisitos.
Las calificaciones comunes incluyen Incomparar 600, 625, 713, 718, 617, 690, Haynes 230, Reno 41, Mar-M-247, y níquel X.
Estas aleaciones a menudo se asocian con aplicaciones exigentes de fundición a la cera perdida, como hardware de turbinas y componentes de secciones calientes..
Muchas piezas fundidas a base de níquel se producen en sistemas de vacío porque la familia de aleaciones se utiliza en entornos donde el control de la contaminación y la integridad a altas temperaturas son fundamentales..
Por esta razón, Las aleaciones de níquel ocupan una de las posiciones más especializadas en el panorama de la fundición a la cera perdida..
Aleaciones a base de cobalto
Las aleaciones a base de cobalto se seleccionan cuando la pieza debe resistir tener puesto, abrasión, dureza caliente, y oxidación bajo condiciones de servicio severas.
Los grados representativos incluyen CB3, CB6, CB12, CB21, CB93, así como aleaciones tipo estelita y variantes biomédicas de CoCrMo como Norma ASTM F75 / familias relacionadas con L605.
Esta familia es importante en las superficies de desgaste de válvulas., componentes de alta temperatura, y otras piezas donde el rendimiento tribológico es tan importante como la resistencia a la corrosión.
Comparado con el acero inoxidable, Las aleaciones de cobalto son mucho más especializadas y normalmente mucho más caras., pero resuelven problemas que los grados inoxidables estándar no pueden.
Aleaciones de titanio
Fundición de inversión de titanio Se utiliza cuando el diseño lo exige. baja densidad, alta fuerza específica, y excelente resistencia a la corrosión, pero también requiere un control atmosférico muy estricto.
Las calificaciones comunes incluyen Calificación 2 y Grado Ti-6Al-4V 5, siendo esta última la aleación de titanio más conocida en aplicaciones médicas y de ingeniería..
Las piezas fundidas de titanio deben producirse bajo vacío o gas inerte altamente purificado porque el titanio reacciona fácilmente con el oxígeno, nitrógeno, e hidrógeno a temperatura elevada.
Ese requisito convierte al titanio en una de las familias de aleaciones más exigentes desde el punto de vista técnico, pero también una de las de mayor valor estratégico en la fundición a la cera perdida..
Aleaciones a base de cobre
Las aleaciones a base de cobre se utilizan cuando la aplicación lo necesita. conductividad, resistencia a la corrosión, comportamiento de desgaste, o apariencia decorativa.
Común fundición a la cera perdida de cobre las calificaciones incluyen latón C87500, bronce al silicio C87200, C87300, C87600, y bronce aluminio C95200, C95300.
Esta familia se elige a menudo para accesorios., hardware, y componentes especiales donde la conductividad térmica o eléctrica puede ser parte del requisito funcional.
Bronce Las familias también son atractivas cuando la resistencia a la corrosión o al desgaste es más importante que la baja masa..
3. Mecanismo de combinación inherente entre la metalurgia de aleaciones y las dos tecnologías principales de fundición a la cera perdida
La verdadera frontera entre vidrio de agua y Sola de sílice La fundición a la cera perdida se establece mediante metalurgia., no por lenguaje de marketing.
El comportamiento de fusión de la aleación., sensibilidad a la oxidación, rango de solidificación, y la tendencia a la reacción superficial debe coincidir con la resistencia térmica de la carcasa., permeabilidad, y estabilidad química.
En otras palabras, la cáscara no es sólo un molde; Es el entorno operativo térmico y químico de la aleación..
Vidrio de agua (Silicato de sodio) Lógica de adaptación de aleación de carcasa
Los vasos de agua son prácticos, solución orientada a costos.
Se curan rápidamente, Admite una rápida rotación de lotes, y se describen ampliamente como de menor costo que los sistemas de sol de sílice, pero también ofrecen una superficie más rugosa y menos precisión dimensional.
Eso los hace más adecuados para aleaciones y piezas que no requieren una reproducción premium de la carcasa., especialmente piezas de fundición estructurales de precisión media con secciones más gruesas.
Desde el punto de vista de la selección de aleaciones, Las conchas de vidrio soluble se alinean de forma más natural con aceros al carbono, aceros de baja aleación, muchos sistemas de latón y bronce, y otras aleaciones industriales convencionales.
Estos materiales generalmente son lo suficientemente estables como para funcionar dentro de la ventana de proceso de una cubierta de silicato de sodio., y no suelen exigir el nivel de protección atmosférica que requieren el titanio o las superaleaciones de alta temperatura más reactivas..
El mecanismo es sencillo.: El proceso favorece aleaciones cuyo comportamiento de vertido y solidificación puede tolerar un sistema de carcasa con Buena resistencia estructural pero fidelidad superficial moderada..
Por eso la fundición de vidrio soluble sigue siendo atractiva para los brackets., piezas industriales de paredes pesadas, y tiradas de producción sensibles a los costos en las que la pieza en bruto de fundición se puede terminar de mecanizar más tarde si es necesario.
Lógica de adaptación de aleación de carcasa coloidal de sol de sílice
Las cáscaras de sol de sílice son la ruta de precisión. Se los describe repetidamente como entregadores mejor precisión dimensional, rugosidad de la superficie inferior, y un ciclo de fabricación de conchas más largo y con mayor coste. que los sistemas de vidrio soluble.
Esa inversión adicional vale la pena cuando la aleación o la geometría exigen detalles más finos., paredes más delgadas, o control más estricto de superficies y tolerancias.
Esta es la razón por la que el sol de sílice es la mejor opción para aceros inoxidables austeníticos, Aceros inoxidables PH, aceros inoxidables dúplex, aleaciones de aluminio, aleaciones de base de cobre, Superalloys de base de níquel, y aleaciones de titanio cuando esos materiales se utilizan en piezas fundidas de precisión o de alto rendimiento.
La estructura más fina de la carcasa y la mejor reproducción de la superficie preservan el valor de esos sistemas de aleación en lugar de degradarlos con una interfaz de molde más rugosa..
Para aleaciones reactivas, El sol de sílice es especialmente importante..
El titanio y muchos sistemas a base de níquel requieren atmósferas de procesamiento altamente controladas.,
y la fundición a la cera perdida de titanio en particular está ligada al vacío o a la protección de un gas inerte altamente purificado debido a la reactividad del metal con el oxígeno., nitrógeno, e hidrógeno.
en esos casos, La elección de la carcasa es parte de la metalurgia., no es simplemente parte de las herramientas.
Características de solidificación de aleaciones que rigen el diseño de compuertas y elevadores
El comportamiento de solidificación de la aleación debe determinar el sistema de alimentación., no al revés.
Las aleaciones con rangos de congelación más amplios o un comportamiento de alimentación más difícil necesitan un control de solidificación direccional más deliberado.,
mientras que las aleaciones con un comportamiento de solidificación más estrecho a menudo se pueden alimentar de forma más sencilla si el punto caliente se coloca correctamente.
Es por eso que la metalurgia de aleaciones gobierna directamente la compuerta., disposición de la contrahuella, y gestión de puntos críticos en la fundición a la cera perdida.
Aleaciones con rangos de solidificación más amplios.
Superaleaciones a base de níquel, aceros inoxidables dúplex, y algunas otras aleaciones complejas son más exigentes en la alimentación.
porque su comportamiento de solidificación puede promover una contracción dispersa o microporosidad si la ruta térmica no está bien controlada.
Estas aleaciones a menudo se benefician de una lógica de riser más densa y de un diseño de solidificación secuencial más cuidadoso..
Aleaciones con rangos de congelación más estrechos
Los aceros al carbono y algunas aleaciones a base de cobre generalmente concentran la contracción hacia los puntos calientes de solidificación final.,
lo que significa que una estrategia de alimentación más centralizada puede ser suficiente si la geometría de la pieza está bien diseñada.
En tales casos, el sistema de compuerta aún debe estar liso y limpio, pero la red ascendente a menudo puede ser menos elaborada que en el caso de aleaciones altamente sensibles..
Aleaciones de alta sensibilidad a la oxidación
Las aleaciones de aluminio y titanio son especialmente sensibles a la formación de óxido y al atrapamiento de gases.,
por lo que el sistema de compuerta debe minimizar la turbulencia y preservar la limpieza de la masa fundida..
Para esas aleaciones, El sistema de carcasa y la práctica de vertido deben trabajar juntos para evitar el plegamiento del óxido., gas arrastrado, y pérdida de calidad superficial.
4. Cómo seleccionar la aleación de fundición de inversión adecuada
Comenzar desde el entorno de servicio.
El primer filtro de selección es el entorno operativo de la pieza..
Si el componente vivirá en servicio ambiente interior, una amplia gama de aleaciones de acero y aluminio pueden funcionar. Si se enfrentará al agua de mar, cloruros, químicos, o calor, la ventana de aleación aceptable se estrecha rápidamente.
En guías prácticas de selección de aleaciones, ambiente de corrosión, temperatura de funcionamiento, carga mecánica, peso, maquinabilidad, y el coste son las principales variables de decisión, no solo el nombre de la aleación.
Haga coincidir la familia de aleaciones con el requisito dominante
Una buena regla es dejar que el requisito dominante impulse la elección familiar..
Usar aceros al carbono y de baja aleación Cuando la fuerza y el equilibrio de costos son más importantes; aceros inoxidables austeníticos cuando la resistencia a la corrosión y la soldabilidad son los objetivos principales;
aleaciones de aluminio Cuando la reducción de peso importa; Superalloys de base de níquel Cuando dominan la temperatura y la resistencia a la oxidación.;
aleaciones a base de cobalto Cuando el desgaste y la dureza en caliente importan; y aleaciones de titanio cuando la baja densidad y la alta resistencia específica deben combinarse con la resistencia a la corrosión.
Estos son los patrones recurrentes a nivel familiar en las referencias de los castings de inversiones.
Comprueba el ambiente del casting antes de comprobar el precio.
Algunas aleaciones se pueden fundir en condiciones de fundición convencionales., mientras que otros necesitan vacío o procesamiento inerte altamente controlado.
El titanio es el ejemplo más claro: La fundición de titanio debe realizarse al vacío o con protección de gas inerte porque el metal reacciona fácilmente con el oxígeno., nitrógeno, e hidrógeno a alta temperatura.
Las superaleaciones a base de níquel también suelen pasar a la fundición a la cera perdida al vacío cuando la aplicación es sensible a temperaturas extremas o a la contaminación..
Trate el tratamiento térmico como parte de la elección de la aleación.
Para muchas aleaciones, la condición de fundición es sólo el punto de partida.
Aleaciones de fundición de aluminio como 356, A356, y A357 se seleccionan en parte porque desarrollan una resistencia útil después del tratamiento térmico.,
mientras que los aceros inoxidables que endurecen por precipitación, como 17-4PH y 15-5PH, obtienen gran parte de su rendimiento del envejecimiento..
Si el ciclo térmico posfundido no es práctico para la familia de aleaciones, La aleación no se adapta bien al proceso incluso si la química parece atractiva en el papel..
Equilibre los objetivos de propiedad con el costo del ciclo de vida
La mejor aleación no es la más fuerte ni la más barata de forma aislada. Es la aleación que cumple con el requisito de servicio con el menor costo total durante la vida útil de la pieza..
Una fundición de acero inoxidable 316L puede ser la respuesta correcta para una soldadura., pieza industrial resistente a la corrosión; un grado dúplex puede estar justificado cuando se debe mejorar la resistencia a la corrosión por tensión causada por cloruros.;
Una aleación de níquel o cobalto puede estar justificada cuando el fallo por calor o desgaste sería más costoso que la aleación misma..
Esa es la verdadera decisión de inversión.: el rendimiento del servicio primero, costo del proceso segundo, precio de compra tercero.
5. Implicaciones del proceso por familia de aleaciones
El casting de inversión es un proceso, pero los ajustes del proceso no son los mismos para todas las familias de aleaciones.
La fundición debe ajustar la atmósfera., comportamiento del caparazón, práctica de vertido, tratamiento térmico, y estrategia de inspección para adaptarse a la aleación.
La siguiente tabla resume las principales consecuencias del proceso por familia..
| familia de aleaciones | Implicación principal del proceso | Qué debe controlar la fundición | Consecuencia práctica típica |
| Carbono / aceros de baja aleación | Ruta convencional de microfusión con fuerte dependencia del tratamiento térmico.. | Comportamiento de solidificación, alimentación por contracción, y normalización post-cast / respuesta de calmar y templar. | Buen valor estructural, Amplio uso en maquinaria y hardware industrial.. |
| Aceros inoxidables austeníticos | Buena castabilidad general, resistencia a la corrosión, y comportamiento de soldadura. | Control de carbono en grados bajos en carbono, limpieza de superficies, y rendimiento contra la corrosión sensible a la soldadura. | Ampliamente utilizado para válvulas., cuerpos de bombas, guarniciones, y servicio general de corrosión. |
Aceros inoxidables PH |
Ruta inoxidable más fuerte, pero el tratamiento térmico de envejecimiento es parte del paquete de propiedades. | Tratamiento de solución, respuesta al envejecimiento, y estabilidad dimensional durante el procesamiento térmico. | Preferido donde las piezas de acero inoxidable necesitan una resistencia mucho mayor que la del 316L. |
| Aceros inoxidables dúplex | El equilibrio de la microestructura es fundamental; La fuerza y la resistencia SCC dependen del control de fase.. | equilibrio quimico, práctica de enfriamiento, y evitar el desequilibrio de fase. | Mejor opción que los aceros austeníticos estándar en servicios con mucho cloruro. |
| Aleaciones de aluminio | Fundición liviana con forma casi neta con fuerte dependencia del tratamiento térmico. | Control de porosidad, tasa de solidificación, y la respuesta al envejecimiento de familias como 356 / A356 / A357. | Lo mejor para piezas sensibles al peso donde la geometría y la reducción del mecanizado son importantes. |
Superaleaciones a base de níquel |
A menudo se necesita fundición a la cera perdida al vacío debido a la sensibilidad a la contaminación a altas temperaturas.. | Oxígeno / control de nitrógeno, derretir limpieza, y estabilidad del proceso bajo vacío o atmósfera inerte. | Se utiliza para turbinas y piezas de sección caliente donde la resistencia a la temperatura es importante.. |
| Aleaciones a base de cobalto | Elegido para servicio de dureza y desgaste en caliente., por lo que la tolerancia a defectos es baja. | Geometría sensible al desgaste, integridad de la sección caliente, y acabado alrededor de superficies críticas para la abrasión. | Se utiliza cuando la resistencia al desgaste y la oxidación justifican una mayor carga del proceso.. |
| Aleaciones de titanio | Debe fundirse y verterse al vacío o con gas inerte altamente purificado.. | Control absoluto de la contaminación, pureza de la atmósfera, y cuidadosa selección de carcasa/material. | Piezas de alta resistencia específica para el sector aeroespacial, marina, químico, y aplicaciones médicas. |
| Aleaciones a base de cobre | Generalmente más fácil de fundir que las aleaciones de titanio o níquel., pero aún sensible a la química. | Calidad impulsada por la conductividad, control de óxido, e integridad de la superficie donde el contacto o el acabado decorativo importan. | Común para accesorios, partes conductoras, y componentes de desgaste o decorativos.. |
6. Análisis de costos económicos del ciclo de vida completo de diferentes aleaciones de fundición de inversión
El costo total del componente consta de tres segmentos principales.: costo de compra de materia prima,
fusión & Costo de procesamiento de fundición y costo de mantenimiento en servicio a largo plazo., determinación del límite de selección de aleaciones orientadas a los costos.
Jerarquía de costos de materias primas:
Acero carbono < aleación de aluminio común < convencional 304 acero inoxidable < 316L de acero inoxidable < aleación de cobre < acero inoxidable dúplex < acero inoxidable endurecido por precipitación < superaleación de níquel < aleación de titanio TC4;
El precio unitario de la materia prima de titanio alcanza entre 7 y 11 veces el precio unitario. 304 acero inoxidable debido al complejo proceso de fundición de Kroll y al alto consumo de energía.
Costo de procesamiento de fundición:
Aleaciones fundidas de vidrio soluble (acero carbono, latón/aluminio común) Poseer el costo de procesamiento más bajo con equipos maduros de baja inversión y alto rendimiento de producción.;
aleaciones de alta gama de sol de sílice (superaleación, titanio) generar gastos adicionales por la fusión al vacío,
Refractario de alta calidad y estricto control de la atmósfera., El costo de procesamiento aumenta drásticamente..
Costo integral del ciclo de vida a largo plazo:
El acero al carbono/inoxidable de bajo costo requiere mantenimiento anticorrosión regular y reemplazo periódico en ambientes marinos/químicos corrosivos, lo que acumula altos gastos posteriores al servicio.;
Las piezas fundidas de superaleaciones de titanio y níquel ofrecen un servicio sin mantenimiento durante décadas en condiciones de trabajo duras.,
Compensar la alta inversión inicial a través de una vida útil prolongada para proyectos de ingeniería de ciclo largo a gran escala..
7. Aplicación típica
| familia de aleaciones | Lógica de aplicación típica |
| Aceros al carbono y de baja aleación. | Partes estructurales, componentes relacionados con la presión, hardware industrial general. |
| Aceros inoxidables austeníticos | Válvula, cuerpos de bombas, alimento, químico, marina, y piezas generales resistentes a la corrosión. |
| Aceros inoxidables PH | Piezas hidráulicas, piezas aeroespaciales, dispositivos médicos, y hardware de alta resistencia. |
| Aceros inoxidables dúplex | Sistemas industriales expuestos al cloruro, servicio químico y marítimo. |
Aleaciones de aluminio |
Aeroespacial ligero, defensa, automotor, y hardware industrial. |
| Superalloys de níquel | Turbinas, sistemas de combustión, diésel marino, Piezas de sección caliente y críticas para la corrosión.. |
| aleaciones de cobalto | Tener puesto, abrasión, oxidación a alta temperatura, y aplicaciones relacionadas con implantes. |
| Aleaciones de titanio | Aeroespacial, marina, químico, y aplicaciones de implantes. |
| Aleaciones a base de cobre | Hardware conductor, accesorios de bronce, piezas resistentes al desgaste, y componentes decorativos. |
8. Conclusión
Las aleaciones de fundición a la cera perdida constituyen un multigrado., Sistema de materiales complementarios de rendimiento múltiple que abarca materiales estructurales a base de hierro de bajo costo hasta titanio especial y superaleaciones de rendimiento ultraalto.,
cuya lógica de aplicación central depende del equilibrio entre las propiedades metalúrgicas inherentes, adaptabilidad del proceso y beneficio económico integral del ciclo de vida.
En el moderno diseño de fundición de precisión, La combinación racional de aleaciones graduadas y el diseño estructural de materiales compuestos reemplazan gradualmente el diseño ciego de un solo componente y de un solo material.,
Maximizar las respectivas ventajas materiales de diferentes aleaciones de fundición a la cera perdida y lograr un equilibrio óptimo entre la calidad de formación de los componentes., Rendimiento del procesamiento y beneficio económico del servicio a largo plazo..
Preguntas frecuentes
¿Por qué la fundición a la cera perdida de titanio evita las carcasas cerámicas ordinarias a base de sílice??
El titanio fundido reacciona violentamente con el SiO₂ dentro del refractario de sílice a alta temperatura de vertido, generando una capa frágil de contaminación por óxido de titanio. (caso α), deterioro de la propiedad mecánica de la superficie;
El refractario neutro de óxido de calcio sirve como material de carcasa exclusivo para fundición a la cera perdida de titanio..
¿Qué aleación conduce a la microporosidad dispersa más severa durante la fundición a la cera perdida??
La superaleación a base de níquel con un rango de temperatura de solidificación extra amplio es más propensa a la microporosidad interdendrítica,
que se puede controlar eficazmente mediante microaleación de boro y diseño optimizado de alimentación secuencial del elevador.
¿Puede la fundición a la cera perdida reemplazar la forja de componentes de superaleación??
La fundición a la cera perdida con forma casi neta logra una estructura de cavidad interna compleja imposible mediante forjado, adecuado para componentes estáticos de superaleación complejos;
Las piezas giratorias de la turbina de carga dinámica de ciclo alto aún adoptan el proceso de forjado más el subsiguiente proceso de formación de compuestos de fundición a la cera perdida de precisión..
