Uvod
Investicijski lijev je industrijski proces preciznog lijevanja koji koristi uzorak taljenja za stvaranje nepodijeljenog keramičkog kalupa, a koristi se za metale i legure na bazi željezo, aluminij, nikla, kobalt, titanijum, i bakar.
Odljevci izrađeni ovim putem karakteriziraju visoka točnost dimenzija i visoka kvaliteta površine, zbog čega je izbor legure tako odlučujući dio inženjerskog procesa.
Taj širok materijalni doseg ono je što čini investicijsko lijevanje strateški moćnim: proces nije vezan uz jednu obitelj metala, već na problem dizajna.
Prava legura može pretvoriti isti proces u lagani zrakoplovni dio, tijelo ventila otporno na koroziju, komponenta visokotemperaturne turbine, ili industrijski nosač otporan na habanje.
U praksi, legura nije samo izbor materijala; to je mehanizam koji pretvara proces lijevanja u konačnu izvedbenu ovojnicu.
1. Što leguru čini prikladnom za livenje po investiciji
Odljenost: polazište
Legura je prikladna za investicijski lijev kada može čisto ispunite keramičku šupljinu, reproducirati fine detalje, i učvrstiti u zdrav dio bez pretjeranih nedostataka.
Ljevačkim rječnikom rečeno, ovo se obično opisuje kao odljenost— lakoća kojom se materijal može lijevati, a da i dalje zadovoljava zahtjeve kvalitete.
Ključni dio lijevavosti je fluidnost, što znači sposobnost rastaljenog metala da teče dovoljno dugo da ispuni tanke dijelove, oštre crte lica, i zamršeni prolazi prije smrzavanja.
Lijevanje po investiciji je posebno cijenjeno jer može proizvesti složene dijelove ili dijelove s finim detaljima i smanjiti napor strojne obrade, ali to dobro funkcionira samo kada ponašanje legure pri taljenju i smrzavanju odgovara procesu ljuske.
Legure sa slabom fluidnošću, pretjerana osjetljivost na skupljanje, ili nestabilno skrućivanje puno je teže uspješno izvoditi u preciznom kalupu s ljuskom.
Ponašanje skrućivanja i kontrola nedostataka
Odgovarajuća legura za livenje u kalupe mora se kontrolirano skrućivati.
Ako se legura previše agresivno skuplja, smrzava prerano, ili razvija jake vruće točke, veća je vjerojatnost da će odljevak pokazati poroznost, Egipat, šupljine, ili iskrivljenje.
Zato je odabir legure uvijek vezan za debljinu profila, dizajniranje, i željenu geometriju dijela, a ne samo kemiju.
Ovo je posebno važno kod odljevaka s tankim stijenkama ili detaljima, gdje talina mora ostati tekuća tek toliko da završi punjenje.
Eksperimentalni rad na malim metalnim strukturama lijevanjem po investiciji pokazuje da temperatura lijevanja i temperatura kalupa snažno utječu na kvalitetu infiltracije i punjenja, potvrđujući točku da se legura i proces moraju uskladiti kao sustav.
Kompatibilnost s atmosferom lijevanja
Ne ponaša se svaka legura na isti način tijekom taljenja i lijevanja.
Neke porodice legura su stabilne u konvencionalnom lijevanju uloškom lijevanjem taljenim zrakom, dok su drugi vrlo reaktivni i zahtijevaju vakuum ili strogo kontroliranu inertnu obradu.
Legure titana najjasniji su primjer: cijenjeni su zbog male gustoće i visoke specifične čvrstoće,
ali moraju se lijevati pod vakuumom ili visoko pročišćenim inertnim plinom jer lako apsorbiraju ili reagiraju s kisikom, dušik, i vodik na visokoj temperaturi.
Superlegure na bazi nikla često slijede slične zahtjeve za kontroliranu atmosferu.
Za razliku od, nehrđajući čelici, Ugljični čelici, aluminijske legure, bakrene legure, a mnoge brončane obitelji naširoko se koriste u lijevanju za ulaganje
jer se mogu uspješno lijevati s konvencionalnim kontrolama ljevaonice, pod uvjetom da su legura i proces pravilno usklađeni.
Ova fleksibilnost materijala jedna je od glavnih prednosti procesa.
Odgovor svojstva nakon lijevanja
Dobra legura za livenje po ulošku nije samo laka za izlijevanje; također mora razviti prava svojstva nakon lijevanja.
Odabrane su mnoge porodice legura koje se koriste u uloškom lijevanju jer dobro reagiraju na njih toplotna obrada, starenje, ili naknadna stabilizacija.
Nehrđajući čelici kao što je 17-4PH dobivaju veći dio svoje učinkovitosti starenjem, dok legure za lijevanje aluminija kao što su 356, A356, i A357 naširoko se koriste jer njihova konačna svojstva jako ovise o toplinskoj obradi i kontroli mikrostrukture.
To znači da bi se legura trebala procijeniti kroz cijeli procesni lanac: ponašanje pri topljenju, punjenje školjke, očvršćivanje, toplotna obrada, obrada, i završno servisno okruženje.
Legura koja izgleda privlačno na papiru, ali se ne može stabilizirati u traženom prozoru svojstava nakon lijevanja nije dobar kandidat za ulaganje.
Točnost dimenzija i dopuštenje za obradu
Prikladnost legure također ovisi o tome može li ljevaonica postići potrebnu toleranciju i kvalitetu površine za tu obitelj materijala.
Sustavi za lijevanje željeza, nikla, kobalt, bakar, aluminij, magnezij, i titan ne isporučuju svi istu točnost, a izbor legure utječe na ponašanje kontrakcije, interakcija ljuske, i iznos dodatka za strojnu obradu koji se mora rezervirati.
Praktično, legura mora surađivati sa strategijom tolerancije, ne boriti se protiv toga.
Ovo je jedan od razloga zašto je livenje po ulošku toliko vrijedno za složene dijelove: proces može smanjiti strojnu obradu i otpad gotovo neto oblika, ali samo ako su karakteristike tečenja i skrućivanja legure kompatibilne s ciljanom geometrijom.
Ekonomska i primjenjiva
Konačno, legura je prikladna za livenje u kalupe kada proces ima ekonomskog smisla za primjenu.
Lijevanje po investiciji se koristi jer se njime mogu proizvesti složeni oblici, uštedite vrijeme obrade, i smanjiti broj dijelova, ali odabrana legura mora opravdati trošak procesa kroz prednosti izvedbe ili geometrije.
Na primjer, nehrđajući čelici biraju se zbog otpornosti na koroziju i čvrstoće, aluminijske legure za malu težinu, legure na bazi nikla za sposobnost visokih temperatura,
titan za visoku specifičnu čvrstoću i otpornost na koroziju, i legure na bazi bakra za vodljivost ili performanse povezane s trošenjem.
2. Obitelji glavnih legura i reprezentativni stupnjevi
Investicijski lijev podržava širok spektar legura, ali legure nisu međusobno zamjenjive.
Svaka obitelj donosi drugačiju ravnotežu mogućnosti lijevanja, jačina, otpor korozije, temperaturna sposobnost, obradivost, i zahtjev atmosfere.
Ugljični i niskolegirani čelici
Ugljični i niskolegirani čelici strukturalna su osnova lijevanja za ulaganje.
Imaju široku primjenu jer se kombiniraju Dobra odbacivost, snažna mehanička izvedba, i relativno niske cijene materijala.
Ugljični čelici općenito se lakše lijevaju nego legura, dok niskolegirane vrste kao što su 4130 i 4140 odabiru se kada je veća čvrstoća, Otvrdljivost, ili je potrebna žilavost.
Uobičajene ocjene uključuju 1020, 1045, 4130, 4140, 4340, i 8620, zajedno sa standardnim vrstama lijevanja čelika koje se koriste u cijeloj industriji.
Tipični slučajevi upotrebe uključuju strukturne zagrade, industrijski hardver, komponente strojeva, i dijelovi koji se odnose na pritisak gdje su čvrstoća i kontrola troškova važniji od otpornosti na koroziju.
Ove legure obično ovise o toplinskoj obradi kako bi se postigla konačna ciljana svojstva.
Austenitni nehrđajući čelici
Austenitski nehrđajući čelici su najčešća porodica kalupa za livenje otporna na koroziju.
Cijenjeni su 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 naširoko koriste kada odljev mora biti otporan na vlagu, kemikalije, okruženja za posluživanje hrane, izlaganje mora, ili opća atmosferska korozija.
Varijante s niskim udjelom ugljika, posebno 304L i 316L, posebno su korisni tamo gdje bi zavarivanje ili naknadno izlaganje toplini moglo smanjiti otpornost na koroziju.
Zbog toga su austenitni nehrđajući čelici zadani izbor za ventile, pumpanja, fiting, kućište, i mnoge industrijske komponente.
Nehrđajući čelici koji otvrdnjavaju taloženjem
Nehrđajući čelici koji se stvrdnjavaju taloženjem odabiru se kada se otpornost nehrđajućeg čelika na koroziju mora kombinirati sa znatno većom čvrstoćom.
Najčešći stupnjevi za ulaganje u ovoj obitelji uključuju 17-4PH i 15-5PH.
Ove legure dobivaju veći dio svojih konačnih svojstava toplinskom obradom starenjem, što ih čini posebno atraktivnim za dijelove koji moraju biti čvrsti, dimenzionalno stabilan, i dalje otporan na koroziju.
PH nehrđajući čelici naširoko se koriste u zrakoplovstvu, hidraulički, obrana, i precizne industrijske komponente jer nude vrlo korisnu ravnotežu između čvrstoće i otpornosti na koroziju.
U mnogim programima, oni su najjača praktična opcija unutar obitelji nehrđajućeg čelika.
Duplex nehrđajući čelici
Duplex nehrđajući čelici kombiniraju ferit i austenit u mješovitoj mikrostrukturi,
a to im daje veća čvrstoća i poboljšana otpornost na pucanje od korozije uslijed naprezanja klorida u usporedbi s običnim austenitnim nehrđajućim čelicima.
Uobičajene ocjene glumaca uključuju 2205-na temelju dvostrukih razreda i srodni dvostruki stupnjevi lijevanja koji se koriste u agresivnim radnim okruženjima.
Ova obitelj je posebno korisna za offshore, kemijski, i rad s kloridima gdje 316L može biti prihvatljiv, ali ne i idealan.
Dvostruka struktura čini leguru privlačnom kada dio mora podnijeti i pritisak i izloženost koroziji s boljom čvrstoćom od standardnog austenitnog čelika.
Aluminijske legure
Aluminijsko lijevanje legure se koriste kada niska gustoća, Dobra odbacivost, i razvoj čvrstoće koja se može toplinski obraditi su prioriteti.
Najpriznatije vrste aluminija za livenje u kalupe uključuju 356, A356, A357, C355, A354, A201, i A206.
Ove se legure naširoko koriste u lakim inženjerskim komponentama, posebno kada je geometrija previše složena ili skupa za strojnu obradu iz čvrstog materijala.
Među njima, 356, A356, i A357 posebno su važne referentne obitelji.
Omiljeni su jer kombiniraju sposobnost lijevanja s praktičnim odzivom na toplinsku obradu i jaku ravnotežu težine i učinka.
To ih čini čestima u zrakoplovstvu, automobilski, i precizni industrijski dijelovi.
Superlegure na bazi nikla
Superlegure na bazi nikla vrhunski su izbor kada Snaga visoke temperature, otpornost na oksidaciju, i otpornost na koroziju dominiraju skupom zahtjeva.
Uobičajene ocjene uključuju Udruživanje 600, 625, 713, 718, 617, 690, Haynes 230, Rene 41, Ožujak-M-247, i Nikl X.
Ove se legure često povezuju sa zahtjevnim primjenama livenja po ulošku kao što su hardver turbina i komponente vrućih presjeka.
Mnogi odljevci na bazi nikla proizvode se u vakuumskim sustavima jer se obitelj legura koristi u okruženjima gdje su kontrola kontaminacije i integritet pri visokim temperaturama ključni.
Iz tog razloga, legure nikla zauzimaju jedno od najspecijaliziranijih mjesta u krajoliku za livenje u kalupe.
Legure na bazi kobalta
Legure na bazi kobalta odabiru se kada dio mora izdržati nositi, abrazija, vruća tvrdoća, i oksidacija u teškim uvjetima rada.
Reprezentativne ocjene uključuju CB3, CB6, CB12, CB21, CB93, kao i legure tipa Stellite i biomedicinske CoCrMo varijante kao što su ASTM F75 / Obitelji povezane s L605.
Ova je obitelj važna za habajuće površine ventila, visokotemperaturne komponente, i drugi dijelovi kod kojih je tribološka izvedba važna koliko i otpornost na koroziju.
U usporedbi s nehrđajućim čelikom, legure kobalta su mnogo specijaliziranije i obično mnogo skuplje, ali rješavaju probleme koje standardne vrste nehrđajućeg čelika ne mogu.
Legure od titana
Lijev za ulaganje od titana koristi se kada to dizajn zahtijeva niska gustoća, Visoka specifična snaga, i izvanrednu otpornost na koroziju, ali zahtijeva i vrlo strogu kontrolu atmosfere.
Uobičajene ocjene uključuju Razred 2 i Ti-6Al-4V stupanj 5, potonja je najpoznatija legura titana u inženjerskim i medicinskim primjenama.
Odljevci od titana moraju biti proizvedeni pod vakuum ili visoko pročišćeni inertni plin jer titan lako reagira s kisikom, dušik, i vodik na povišenoj temperaturi.
Taj zahtjev čini titan jednom od tehnički najzahtjevnijih, ali i jednom od strateški najvrjednijih obitelji legura u lijevanju za ulaganje.
Legure na bazi bakra
Legure na bazi bakra koriste se kada je to potrebno provodljivost, otpor korozije, ponašanje kod nošenja, ili dekorativni izgled.
Uobičajen livenje bakra ocjene uključuju mesing C87500, silikonska bronca C87200, C87300, C87600, i aluminijska bronca C95200, C95300.
Ova se obitelj često bira za okove, hardver, i posebne komponente kod kojih toplinska ili električna vodljivost može biti dio funkcionalnog zahtjeva.
Bronza obitelji su također atraktivne kada je otpornost na koroziju ili otpornost na trošenje važnija od niske mase.
3. Inherentni mehanizam usklađivanja između metalurgije legura i dviju osnovnih tehnologija ljuske za livenje za ulaganje
Prava granica između čaša za vodu i Silikal investicijsko lijevanje postavlja metalurgija, ne marketinškim jezikom.
Ponašanje legure pri taljenju, osjetljivost na oksidaciju, raspon skrućivanja, a tendencija površinske reakcije mora odgovarati toplinskoj čvrstoći ljuske, propusnost, i kemijska stabilnost.
Drugim riječima, ljuska nije samo kalup; to je toplinsko i kemijsko radno okruženje legure.
Čaša za vodu (Natrijev silikat) Logika prilagodbe legura školjke
Školjke od vodenog stakla su praktične, troškovno orijentirano rješenje.
Brzo liječe, podržava brzi promet serije, i naširoko se opisuju kao jeftiniji od sustava silika sol, ali također daju grublju površinu i manju preciznost dimenzija.
To ih čini prikladnijima za legure i dijelove koji ne zahtijevaju vrhunsku reprodukciju ljuske, osobito srednje precizne konstrukcijske odljevke s debljim presjecima.
Sa stajališta odabira legure, školjke vodenog stakla najprirodnije su poravnate s Ugljični čelici, nisko-legura čelika, mnogi mjedeni i brončani sustavi, i druge konvencionalne industrijske legure.
Ovi materijali su općenito dovoljno stabilni da rade unutar procesnog prozora natrij-silikatnog omotača, i obično ne zahtijevaju razinu atmosferske zaštite koju zahtijevaju titan ili najreaktivnije visokotemperaturne superlegure.
Mehanizam je jednostavan: proces daje prednost legurama čije ponašanje pri lijevanju i skrućivanju može tolerirati sustav ljuske s dobra strukturna čvrstoća, ali umjerena vjernost površine.
Zbog toga lijevanje vodenog stakla ostaje privlačno za nosače, industrijski dijelovi s teškim stijenkama, i troškovno osjetljive proizvodne cikluse gdje se sirovi lijev može naknadno obraditi strojno, ako je potrebno.
Logika prilagodbe legure koloidne ljuske silicijevog dioksida
Silikatne solne ljuske su precizni put. Opetovano se opisuju kao isporučujuće bolja dimenzijska točnost, manja hrapavost površine, i dulji ciklus izrade školjke s višim troškovima nego sustavi vodenog stakla.
Ta se dodatna investicija isplati kada legura ili geometrija zahtijevaju finije detalje, tanji zidovi, ili strožu kontrolu površine i tolerancije.
Zbog toga je silika sol bolji spoj Austenitni nehrđajući čelici, PH nehrđajući čelici, Dupleks nehrđajući čelici, aluminijske legure, legure bakra, nikl-baze superaleloge, i legure titana kada se ti materijali koriste u preciznim ili visokoučinkovitim odljevcima.
Finija struktura ljuske i bolja površinska reprodukcija čuvaju vrijednost tih sustava legura umjesto da ih degradiraju grubljim sučeljem kalupa.
Za reaktivne legure, silika sol je posebno važan.
Titan i mnogi sustavi na bazi nikla zahtijevaju visoko kontrolirane procesne atmosfere,
a posebno lijevanje za uložak od titana povezano je s vakuumom ili visokopročišćenom zaštitom od inertnog plina zbog reaktivnosti metala s kisikom, dušik, i vodik.
U tim slučajevima, izbor školjke dio je metalurgije, ne samo dio alata.
Karakteristike skrućivanja legure koje upravljaju projektiranjem zatvarača i uspona
Ponašanje legure pri skrućivanju treba odrediti sustav napajanja, ne obrnuto.
Legure sa širim rasponom smrzavanja ili težim ponašanjem pri ulaganju trebaju namjerniju kontrolu usmjerenog skrućivanja,
dok se legure s užim ponašanjem skrućivanja često mogu puniti jednostavnije ako je vruća točka pravilno postavljena.
Zato metalurgija legura izravno upravlja gatingom, raspored uspona, i upravljanje vrućim točkama u investicijskom lijevanju.
Legure sa širim rasponima skrućivanja
Superlegure na bazi nikla, Dupleks nehrđajući čelici, a neke druge složene legure su zahtjevnije u hranidbi
jer njihovo skrućivanje može promicati disperzno skupljanje ili mikroporoznost ako toplinski put nije dobro kontroliran.
Ove legure često imaju koristi od gušće usponske logike i pažljivijeg dizajna sekvencijalnog skrućivanja.
Legure s užim područjima smrzavanja
Ugljični čelici i neke legure na bazi bakra obično koncentriraju skupljanje prema konačnim vrućim točkama skrućivanja,
što znači da bi centraliziranija strategija dodavanja mogla biti dovoljna ako je geometrija dijela dobro projektirana.
U takvim slučajevima, sustav zatvarača i dalje treba biti gladak i čist, ali usponska mreža često može biti manje razrađena nego kod vrlo osjetljivih legura.
Legure visoke osjetljivosti na oksidaciju
Legure aluminija i titana posebno su osjetljive na stvaranje oksida i zadržavanje plina,
tako da sustav zatvaranja mora minimizirati turbulenciju i sačuvati čistoću taline.
Za te legure, sustav školjke i praksa izlijevanja moraju raditi zajedno kako bi se izbjeglo savijanje oksida, uvučeni plin, i gubitak kvalitete površine.
4. Kako odabrati pravu leguru za livenje u kalupe
Počnite od okruženja usluge
Prvi filtar odabira je radno okruženje dijela.
Ako će komponenta živjeti u ambijentalnoj unutarnjoj službi, može raditi širok raspon čelika i aluminijskih legura. Ako će se suočiti s morskom vodom, kloridi, kemikalije, ili topline, prozor prihvatljive legure brzo se sužava.
U praktičnim vodičima za odabir legura, korozijsko okruženje, radna temperatura, mehaničko opterećenje, težina, obradivost, i trošak su glavne varijable odluke, nije samo ime legure.
Uskladite obitelj legura s dominantnim zahtjevom
Dobro pravilo je dopustiti da dominantni zahtjevi upravljaju obiteljskim izborom.
Koristiti ugljični 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 važno; nikl-baze superaleloge kada dominira temperatura i otpornost na oksidaciju;
legure na bazi kobalta kada su habanje i tvrdoća na toplom važni; i legure od titana kada se niska gustoća i visoka specifična čvrstoća moraju kombinirati s otpornošću na koroziju.
Ovo su obrasci na obiteljskoj razini koji se ponavljaju u referencama ulaganja.
Prije nego što provjerite cijenu provjerite atmosferu na castingu
Neke legure mogu se lijevati uloškom u uvjetima konvencionalne ljevaonice, dok drugi trebaju vakuum ili visoko kontroliranu inertnu obradu.
Titan je najjasniji primjer: lijevanje titana mora se izvoditi pod vakuumom ili zaštitom od inertnog plina jer metal lako reagira s kisikom, dušik, i vodik na visokoj temperaturi.
Superlegure na bazi nikla također se često koriste u vakuumskom livenju kada je primjena osjetljiva na ekstremne temperature ili kontaminaciju.
Tretirajte toplinsku obradu kao dio izbora legure
Za mnoge legure, lijevano stanje samo je početna točka.
Legure za lijevanje aluminija kao što su 356, A356, i A357 odabrani su dijelom jer razvijaju korisnu čvrstoću nakon toplinske obrade,
dok nehrđajući čelici koji se stvrdnjavaju taloženjem kao što su 17-4PH i 15-5PH veći dio svoje učinkovitosti dobivaju od starenja.
Ako toplinski ciklus nakon lijevanja nije praktičan za obitelj legura, legura nije dobro prilagođena procesu čak i ako kemija izgleda privlačno na papiru.
Uravnotežite ciljeve imovine u odnosu na troškove životnog ciklusa
Najbolja legura nije najjača ili najjeftinija sama po sebi. To je legura koja ispunjava uvjete usluge uz najmanji ukupni trošak tijekom životnog vijeka dijela.
Odljevak od nehrđajućeg čelika 316L mogao bi biti pravi odgovor za zavareni, industrijski dio otporan na koroziju; dvostruki stupanj može biti opravdan kada se mora poboljšati otpornost na naponsku koroziju klorida;
legura nikla ili kobalta može biti opravdana kada bi gubitak topline ili trošenja bio skuplji od same legure.
To je prava odluka o ulaganju: prvo izvedba usluge, trošak procesa drugi, otkupna cijena trećina.
5. Implikacije procesa po obitelji legura
Investicijski lijev je jedan proces, ali postavke procesa nisu iste za svaku obitelj legura.
Ljevaonica mora prilagoditi atmosferu, ponašanje ljuske, praksa izlijevanja, toplotna obrada, i strategiju inspekcije koja odgovara leguri.
Donja tablica sažima glavne posljedice procesa po obiteljima.
| Obitelj legure | Glavna implikacija procesa | Što ljevaonica mora kontrolirati | Tipična praktična posljedica |
| Ugljik / nisko-legura čelika | Konvencionalni način livenja u kalupe s snažnom ovisnošću o toplinskoj obradi. | Ponašanje skrućivanja, hranjenje skupljanjem, i post-cast normalizacija / ugasiti i temperirati odgovor. | Dobra strukturna vrijednost, široku upotrebu u strojevima i industrijskoj opremi. |
| Austenitni nehrđajući čelici | Dobra sveobuhvatna sposobnost bacanja, otpor korozije, i ponašanje pri zavarivanju. | Kontrola ugljika u razredima s niskim udjelom ugljika, čistoća površine, i učinak korozije osjetljive na zavarivanje. | Široko se koristi za ventile, pumpanja, fiting, i opće usluge zaštite od korozije. |
PH nehrđajući čelici |
Jača nehrđajuća ruta, ali toplinska obrada starenja dio je paketa svojstava. | Liječenje otopinom, odgovor na starenje, i dimenzionalna stabilnost tijekom toplinske obrade. | Preferira se tamo gdje dijelovi od nehrđajućeg čelika trebaju puno veću čvrstoću od 316L. |
| Duplex nehrđajući čelici | Ravnoteža mikrostrukture je kritična; čvrstoća i otpornost na SCC ovise o kontroli faze. | Kemijska ravnoteža, praksa hlađenja, i izbjegavanje fazne neravnoteže. | Bolji izbor od standardnih austenitnih čelika u radu s visokim sadržajem klorida. |
| Aluminijske legure | Lagani odljev gotovo neto oblika s jakom ovisnošću o toplinskoj obradi. | Kontrola poroznosti, brzina očvršćivanja, i odgovor na starenje obitelji kao što su 356 / A356 / A357. | Najbolje za dijelove osjetljive na težinu gdje su geometrija i smanjenje obrade važni. |
Superlegure na bazi nikla |
Često je potrebno vakuumsko livenje za ulaganje zbog osjetljivosti na visokotemperaturnu kontaminaciju. | Kisik / kontrola dušika, rastopiti čistoću, i stabilnost procesa pod vakuumom ili inertnom atmosferom. | Koristi se za turbine i dijelove vrućih dijelova gdje je važna čvrstoća pri temperaturi. |
| Legure na bazi kobalta | Odabrano za otpornost na vruće i otpornost na habanje, pa je tolerancija nedostataka niska. | Geometrija osjetljiva na habanje, integritet vrućeg dijela, i završiti oko površina kritičnih za habanje. | 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 plin. | Apsolutna kontrola kontaminacije, čistoća atmosfere, i pažljiv odabir ljuske/materijala. | Dijelovi visoke specifične čvrstoće za zrakoplovstvo, morski, kemijski, i medicinske primjene. |
| Legure na bazi bakra | Općenito se lakše lijevaju od legura titana ili nikla, ali ipak osjetljiv na kemiju. | Kvaliteta vođena vodljivošću, kontrola oksida, i cjelovitost površine gdje je važan kontakt ili dekorativna obrada. | Uobičajeno za okove, vodljivi dijelovi, i habanje ili ukrasne komponente. |
6. Analiza ekonomskog troška cijelog životnog ciklusa različitih legura za livenje u kalupe
Ukupni trošak komponente sastoji se od tri temeljna segmenta: trošak nabave sirovina,
topljenje & trošak obrade lijevanja i dugoročni trošak održavanja tijekom rada, određivanje troškovno orijentirane granice odabira legure.
Hijerarhija troškova sirovina:
Ugljični čelik < uobičajena aluminijska legura < konvencionalni 304 nehrđajući čelik < 316L nehrđajući čelik < bakrena legura < Dupleks nehrđajući čelik < taložno otvrdnjavajući nehrđajući čelik < superlegura nikla < TC4 legura titana;
Jedinična cijena sirovine titana doseže 7~11 puta 304 nehrđajućeg čelika zbog složenog Kroll procesa taljenja i velike potrošnje energije.
Trošak obrade u ljevaonici:
Lijevane legure vodenog stakla (ugljični čelik, uobičajeni mesing/aluminij) vlastiti najniži trošak obrade sa zrelom opremom s niskim ulaganjima i visokim proizvodnim prinosom;
silika sol visokokvalitetne legure (superlegura, titanijum) generirati dodatne troškove od vakuumskog taljenja,
visokokvalitetna vatrostalnost i stroga kontrola atmosfere, trošak obrade naglo raste.
Sveobuhvatni dugoročni životni ciklus:
Jeftini ugljični/nehrđajući čelik zahtijevaju redovito antikorozivno održavanje i periodičnu zamjenu u morskom/kemijskom korozivnom okruženju što akumulira visoke troškove nakon servisiranja;
odljevci od superlegure titana i nikla ostvaruju desetljeća rada bez održavanja u teškim radnim uvjetima,
nadoknađivanje visokih početnih ulaganja kroz produljeni radni vijek za velike inženjerske projekte dugog ciklusa.
7. Tipična primjena
| Obitelj legure | Tipična logika primjene |
| Ugljični i niskolegirani čelici | Strukturni dijelovi, komponente povezane s pritiskom, opći industrijski hardver. |
| Austenitni nehrđajući čelici | Ventili, pumpanja, hrana, kemijski, morski, i opći dijelovi otporni na koroziju. |
| PH nehrđajući čelici | Hidraulički dijelovi, zrakoplovni dijelovi, medicinski uređaji, i hardver visoke čvrstoće. |
| Duplex nehrđajući čelici | Industrijski sustavi izloženi kloridima, kemijska i pomorska služba. |
Aluminijske legure |
Lagani zrakoplovi, obrana, automobilski, i industrijski hardver. |
| Nikal superolejke | Turbine, Sustavi izgaranja, brodski dizel, vrući presjek i dijelovi kritični za koroziju. |
| Legure kobalta | Nositi, abrazija, visokotemperaturna oksidacija, i aplikacije povezane s implantatima. |
| Legure od titana | Aerospace, morski, kemijski, i primjene implantata. |
| Legure na bazi bakra | Vodljivi hardver, brončani okovi, dijelovi otporni na nošenje, i dekorativne komponente. |
8. Zaključak
Legure za investicijski lijev čine višegradne, sustav komplementarnih materijala s višestrukim performansama koji pokriva jeftine konstrukcijske materijale na bazi željeza do posebnog titana i superlegura ultravisokih performansi,
čija temeljna logika primjene ovisi o kompromisu između svojstava svojstvenih metalurgiji, prilagodljivost procesa i sveobuhvatna ekonomska korist životnog ciklusa.
U modernom dizajnu preciznih ljevaonica, racionalno gradirano podudaranje legura i strukturni raspored kompozitnog materijala postupno zamjenjuju slijepi jednokomponentni dizajn od jednog materijala,
maksimiziranje odgovarajućih materijalnih prednosti različitih legura za livenje u kalupe i postizanje optimalne ravnoteže između kvalitete oblikovanja komponenti, prinos prerade i ekonomska korist dugoročne usluge.
Česta pitanja
Zašto livenje od titana izbjegava obične keramičke ljuske na bazi silicijevog dioksida?
Rastaljeni titan burno reagira sa SiO₂ unutar vatrostalnog materijala od silicijevog dioksida na visokoj temperaturi izlijevanja stvarajući krti sloj onečišćenja titanijevim oksidom (α-slučaj), pogoršanje mehaničkih svojstava površine;
Neutralni vatrostalni materijal od kalcijevog oksida služi kao ekskluzivni materijal za ljusku za livenje od titana.
Koja legura dovodi do najveće disperzne mikroporoznosti tijekom lijevanja za ulaganje?
Superlegura na bazi nikla s iznimno širokim temperaturnim rasponom skrućivanja najsklonija je interdendritičkoj mikroporoznosti,
koji se može učinkovito kontrolirati putem mikrolegiranja bora i optimiziranog dizajna sekvencijalnog napajanja uspona.
Može li livenje po ulošku zamijeniti kovanje za komponente superlegure?
Lijev za ulaganje gotovo neto oblika ostvaruje složenu strukturu unutarnje šupljine nemoguću putem kovanja, pogodan za zamršene statičke komponente superlegura;
rotirajući dijelovi turbine s dinamičkim opterećenjem visokog ciklusa još uvijek koriste kovanje plus naknadni precizni proces oblikovanja mase za livenje u procesu ulaganja.
