U području suvremene precizne proizvodnje, kako proizvesti metalne komponente s iznimno visokom preciznošću dimenzija i završnom obradom površine za složene geometrije ostaje središnji fokus tehničkih inženjera i stručnjaka za nabavu. Među brojnim procesima lijevanja, odljevci za ulaganje (lijevanje po modelu/lijevanje po izgubljenom vosku) postali su nezamjenjivo ključno proizvodno rješenje u industrijama kao što su zrakoplovstvo, medicinski uređaji, kontrola tekućina i teški strojevi zbog svojih izvrsnih sposobnosti oblikovanja i prilagodljivosti materijala.
Odabir odgovarajućeg procesa i materijala ne samo da izravno određuje životni vijek i mehaničku izvedbu komponenti, već je također ključan za optimizaciju cjelokupnog troška opskrbnog lanca proizvodnje.
U primjeni investicijskih odljevaka izbor materijala je temelj koji određuje konačna fizikalna svojstva komponente. Ugljični čelik, legirani čelik i nehrđajući čelik najčešći su korišteni materijali, od kojih svaki ima različitu industrijsku misiju.
Za konstrukcijske dijelove koji moraju izdržati velika naprezanja i udarna opterećenja, ali imaju niže zahtjeve za otpornošću na koroziju, čelični liveni liveni materijali pružaju iznimno ekonomično i učinkovito rješenje. Ugljični čelik i niskolegirani čelik mogu postići izvrsnu vlačnu čvrstoću i granicu razvlačenja nakon odgovarajuće toplinske obrade. Ovaj se postupak široko koristi u građevinskim strojevima, komponentama poljoprivredne opreme i automobilskim prijenosnim sustavima.
Kada radno okruženje uključuje vlagu, kiselo-lužnate medije ili ekstremno visoke temperature, odljevci od nehrđajućeg čelika pokazati nezamjenjivu vrijednost. Elementi kao što su krom, nikal i molibden sadržani u nehrđajućem čeliku omogućuju stvaranje gustog pasivacijskog filma na njegovoj površini, učinkovito odolijevajući oksidaciji i koroziji. Austenitni nehrđajući čelik (kao što je 304, 316) i martenzitni nehrđajući čelik (kao što je 410, 420) najčešći su izbor u lijevanju od nehrđajućeg čelika.
Osim serije čelika, porastao je i udio aluminijskih legura u preciznom lijevanju. Kako bi se tehničkom osoblju pomoglo u preciznom odabiru materijala u različitim projektima, u nastavku je prikazana sustavna usporedba osnovnih tehničkih parametara i karakteristika primjene lijevanog materijala za livenje od nehrđajućeg čelika i aluminija.
| Tehnički parametri i značajke | livenje od nehrđajućeg čelika | aluminijski liveni liveni |
|---|---|---|
| Uobičajene ocjene materijala | 304, 316, 316L, 17-4 PH, 430 | A356, A380, AlSi10Mg, 6061 |
| Vlačna čvrstoća | 485 - 850 MPa (ovisno o kvaliteti i toplinskoj obradi) | 220 - 350 MPa |
| Gustoća materijala | cca. 7,8 - 8,0 g/cm³ | cca. 2,7 g/cm³ |
| Otpornost na koroziju | Izuzetno visoka, izvrsna otpornost na koroziju kiselinom, alkalijama i kloridnim ionima | Dobar, ali zahtijeva površinsku anodizaciju u jakim kiselim i alkalnim sredinama |
| Maksimalna radna temperatura | 700°C - 900°C (ovisno o zahtjevima protiv oksidacije) | 150°C - 200°C |
| Toplinska/električna vodljivost | Niže | Izuzetno visoke, izvrsne performanse rasipanja topline |
| Mogućnost minimalne debljine stijenke | 1,5 mm - 2,0 mm | 1,0 mm - 1,5 mm (izvrsna fluidnost) |
| Temeljna polja primjene | Tijela ventila, impeleri pumpi, brodski hardver, medicinski kirurški instrumenti | Zrakoplovna elektronička kućišta, automobilski lagani nosači, pneumatske komponente |
Kao što se može vidjeti iz gornje usporedbe parametara, livenje od nehrđajućeg čelika usmjereno je na visoku čvrstoću i otpornost na koroziju u ekstremnim okruženjima; dok je aluminijski liveni liveni materijal, sa svojim laganim svojstvima (gustoća je samo jedna trećina čelika), visokom toplinskom vodljivošću i dobrom obradivošću, postao prvi izbor za precizne instrumente i elektronička kućišta koja imaju stroga ograničenja težine.
U tradicionalnim postupcima lijevanja u pijesku ili kovanja, visoki naknadni troškovi strojne obrade i otpadne sirovine često su bolne točke u proizvodnji. Usvajanje procesa livenja za ulaganje omogućuje dijelovima da zadovolje standarde Near-Net Shape.
Preciznim postupkom izrade ljuske od silicijevog sola, linearna tolerancija čeličnog livenog livenja i odljevaka od nehrđajućeg čelika općenito se može kontrolirati unutar razine ISO 8062 CT4 - CT6, a hrapavost površine može doseći Ra 3,2 do Ra 6,3 mikrona. To znači da mnoge montažne površine, prolazne rupe i složeni unutarnji kanali protoka mogu zadovoljiti zahtjeve upotrebe u lijevanom stanju, značajno smanjujući naknadne operacije obrade kao što su glodanje i bušenje.
Tijekom proizvodnog procesa, ciljajući na različite fizičke karakteristike nehrđajućeg čelika i aluminijskih legura, optimiziranje dizajna sustava za zatvaranje pomoću softvera za simulaciju može učinkovito kontrolirati brzinu punjenja i slijed skrućivanja hlađenja tekućeg metala. U kombinaciji s vakuumskim izlijevanjem ili preciznim kalupima s kontroliranom temperaturom, unutarnji nedostaci kao što su šupljine skupljanja, pore i uključci troske mogu se u najvećoj mjeri eliminirati, osiguravajući gustu unutarnju strukturu. Ispunjava zahtjeve za nultim curenjem komponenti za kontrolu tekućine pod visokim pritiskom kroz strogu rendgensku (RT) i inspekciju magnetskih čestica (PT).
Odabir ispravnog rješenja za lijevanje zahtijeva sveobuhvatno razmatranje nosive strukture komponente, radnog okruženja, kontakta s kemijskim medijima i fizičkih ograničenja težine. Bilo da se radi o vrhunskoj otpornosti na habanje i mogućnostima sprječavanja hrđe koje donose odljevci od nehrđajućeg čelika ili o laganoj i učinkovitoj disipaciji topline koja se postiže aluminijskim lijevanjem za uložak, proces lijevanja u uložak pruža vrlo pouzdanu inženjersku podršku za moderne složene industrijske komponente zahvaljujući visokom stupnju inženjerske fleksibilnosti.