Znajomość odlewów inwestycyjnych w zakresie stali nierdzewnej 304 i 316 oraz procesu zolu krzemionkowego
W dziedzinie odlewania metodą traconego stali nierdzewnej 304 i 316 należą do najpowszechniej stosowanych austenitycznych stali nierdzewnych ze względu na ich doskonałą odporność na korozję, dobre właściwości mechaniczne i ogólną-opłacalność. Są one zwykle używane do wytwarzania precyzyjnych odlewów o skomplikowanych-kształtach i gładkiej-powierzchni w procesie budowania-krzemionki Sol Shell w ramach odlewania metodą traconego paliwa, znajdując zastosowanie w zaworach pomp chemicznych, maszynach spożywczych, urządzeniach medycznych i sprzęcie architektonicznym.
I. Charakterystyka odlewów stali nierdzewnej 304 i 316
Chociaż zarówno 304, jak i 316 są znane z doskonałej odporności na korozję, różnice w ich składzie bezpośrednio wpływają na ich wydajność odlewania i końcowe zastosowania.
· Stal nierdzewna 304: Jej typowy skład to C mniejszy lub równy 0,08%, Cr 18-20%, Ni 8-10,5%. Jest to wzorcowa stal nierdzewna „podstawowa”, oferująca dobrą odporność na korozję (w atmosferze, słodkiej wodzie i większości kwasów organicznych) oraz lejność. Podczas odlewania zakres temperatur jego krzepnięcia jest stosunkowo szeroki, co prowadzi do tendencji do „zestalania papkowatego”, co powoduje, że jest on podatny na porowatość skurczową międzydendrytyczną. W związku z tym stawia wyższe wymagania projektowi procesu.
· Stal nierdzewna 316: W przypadku modernizacji do stali 304 najważniejszą różnicą jest dodatek 2-3% molibdenu (Mo). Pierwiastek ten znacznie zwiększa jego odporność na korozję wżerową i szczelinową w środowiskach chlorkowych (np. woda morska, solanka). Jego typowy skład to C mniejszy lub równy 0,08%, Cr 16-18%, Ni 10-14%, Mo 2-3%. Dodatek molibdenu nieznacznie zwiększa lepkość stopu i może nasilać mikrosegregację podczas odlewania. Jednak jego doskonała odporność na korozję sprawia, że jest to preferowany wybór w trudnych warunkach.
Typowe wyzwania i środki zaradcze podczas rzucania:
1. Utlenianie i wtrącenia żużla: Chrom w stopionej stali łatwo utlenia się, tworząc warstwę Cr₂O₃, która może zostać uwięziona w odlewie w postaci wtrąceń żużla. Środki zaradcze obejmują szybkie topienie, ochronę argonem i włączenie skutecznych łapaczy żużla do konstrukcji systemu wlewowego.
2. Tendencja do rozdzierania na gorąco: Austenityczne stale nierdzewne mają słabą przewodność cieplną i duży skurcz liniowy, co czyni je podatnymi na rozrywanie na gorąco na połączeniach grubych i cienkich przekrojów lub w gorących punktach. Wymaga to racjonalnego projektu bramkowania i wznoszenia oraz kontrolowanych szybkości chłodzenia w celu złagodzenia naprężeń termicznych.
3. Porowatość skurczowa: Ze względu na szeroki zakres temperatur krzepnięcia podawanie jest trudne. Należy zachować zasadę kierunkowego krzepnięcia, stosując drzazgi lub nadstawki izolacyjne, aby poprowadzić krzepnięcie metalu sekwencyjnie od najdalszych punktów odlewu w kierunku nadlewu, zapewniając otwarte kanały zasilające.
II. Powłoka z zolu krzemionkowego-Proces budowania: klucz do uzyskania precyzyjnych powierzchni
Proces zolu krzemionkowego jest obecnie najpopularniejszą metodą-wytwarzania form do produkcji-wysokiej jakości odlewów ze stali nierdzewnej 304/316. Jego istotą jest zbudowanie ceramicznej powłoki o wysokiej wytrzymałości, stabilności i dokładności replikacji.
Szczegółowy przebieg procesu:
1. Montaż wzoru:
· Wzory woskowe, identyczne z ostatecznym kształtem części, wtryskiwane są za pomocą form aluminiowych.
· Te wzory są następnie montowane na centralnym systemie wlewu wosku (nalewak, wlew, wlewy), tworząc „klaster” lub „drzewo” do produkcji seryjnej.
2. Otynkowanie powłoki podstawowej (twarzy) (najważniejszy etap):
· Zol krzemionkowy: stosowany jako spoiwo, jest to koloidalna zawiesina nanocząstek SiO₂-w wodzie lub rozpuszczalniku, znana z tego, że jest nie-toksyczna i przyjazna dla środowiska.
· Materiał ogniotrwały: W powłoce podstawowej zazwyczaj wykorzystuje się bardzo drobną mąkę cyrkonową (ZrSiO₄) lub mąkę z tlenku glinu (Al₂O₃). Oferują one wysoką ogniotrwałość, niską rozszerzalność cieplną i odtwarzają bardzo gładkie powierzchnie odlewów.
· Działanie: Klaster zanurza się w przygotowanej zawiesinie zolu krzemionkowego-mąki cyrkonowej, zapewniając pełne pokrycie. Po odprowadzeniu nadmiaru zaczynu od razu przystępuje się do tynkowania. Warstwa podstawowa jest zwykle pokryta drobnoziarnistym-piaskiem cyrkonowym lub piaskiem krzemionkowym w celu wzmocnienia powłoki i uzyskania delikatnej tekstury powierzchni.
3. Suszenie i utwardzanie:
· Utwardzanie zolu krzemionkowego jest procesem fizycznego suszenia. W kontrolowanym środowisku (np. temperatura 23±2 stopnie, wilgotność 40-60%) woda odparowuje powoli i równomiernie z powłoki. Gdy woda paruje, cząstki nano-SiO₂ zbliżają się do siebie i tworzą mocne sieci siloksanowe (Si-O-Si) poprzez kondensację grup silanolowych (-SiOH), w ten sposób ściśle wiążąc agregaty ogniotrwałe. Warstwa podkładowa wymaga odpowiednio długiego czasu schnięcia (często kilku godzin), aby zapewnić dokładne i pozbawione pęknięć utwardzenie.
4. Tynk-powłokowy:
· Po całkowitym utwardzeniu warstwy podstawowej należy powtórzyć proces zanurzania i tynkowania. W warstwach zapasowych w dalszym ciągu jako spoiwo wykorzystuje się zol krzemionkowy, ale stosuje się-tańsze materiały ogniotrwałe, takie jak mąka i piasek Mullite lub Chamotte. Wielkość ziaren piasku włącznie
