Quali materiali possono essere utilizzati nella fusione di schiuma perduta?

Casting in schiuma persa (LFC) è un processo di fusione di precisione in cui un modello di schiuma è incorporato nella sabbia non saldata e il metallo fuso sostituisce il motivo. La selezione dei materiali è fondamentale per il successo. Questa guida delinea le categorie di materiali chiave coinvolte.

1. Materiali a pattern (schiuma):
Il modello sacrificabile definisce la geometria della parte finale. Le opzioni primarie sono:

Polytirene espanso (EPS): la schiuma più utilizzata. Offre una buona stabilità dimensionale durante lo stampaggio, prontamente disponibile in varie densità e vaporizza in modo pulito. L'EPS a densità inferiore (ad es. 16-20 kg/m³) è comune per parti più piccole e meno complesse; Una densità più elevata (ad es. 24-30 kg/m³) fornisce una migliore finitura superficiale e resistenza per motivi più grandi o più intricati.

Polimetilmetacrilato espanso (EPMMA): utilizzato quando i difetti di carbonio ridotti sono critici, specialmente nei getti ferrosi. EPMMA si decompone in modo più pulito dell'EPS, lasciando meno residui di carbonio. Tuttavia, è generalmente più costoso e può essere più impegnativo da elaborare.

Copolimeri (ad es. STMMA - stirene -metilmetacrilato): miscele di EPS e EPMMA, con l'obiettivo di bilanciare i costi, la facilità d'uso e il residuo di carbonio. STMMA è sempre più popolare per i getti d'acciaio in cui l'EPS potrebbe causare problemi, ma l'epMMA puro è proibitivo per i costi.

Spot di specialità: per applicazioni specifiche che richiedono temperature di decomposizione più elevate o proprietà uniche.

2. Materiali di rivestimento:
È essenziale un rivestimento refrattario applicato al modello di schiuma. Serve più funzioni:

Base refrattaria: fornisce una barriera tra il metallo fuso e la sabbia, prevenendo l'erosione e la penetrazione del metallo. Le basi comuni includono:

Farina/sabbia di zircone: eccellente refrattarietà e stabilità termica, preferita per le leghe in acciaio e ad alta temperatura.

Farina di silice: economica, ampiamente utilizzata per ferro e alluminio, ma ha una refrattarietà inferiore rispetto allo zircone.

Silicati di allumina (ad es. Mullite, argilla di caolina): offrire buone prestazioni per vari metalli.

Grafite: spesso utilizzato in combinazione con altri refrattari, in particolare per la colata di ferro, per migliorare la finitura superficiale e ridurre i difetti di carbonio lucenti.

Binder: tiene insieme le particelle refrattarie e aderisce il rivestimento alla schiuma. I leganti comuni includono leganti colloidali a base di acqua, lattice e leganti inorganici. La scelta influisce sulla resistenza al rivestimento, la permeabilità e le caratteristiche di burnout.

Additivi: modifica proprietà come:

Permeabilità: fondamentale per consentire ai gas di decomposizione del modello di sfuggire attraverso il rivestimento nella sabbia. Gli additivi come perlite o fibre specifiche possono migliorare la permeabilità.

Bagnatura/flusso: i tensioattivi assicurano un pari di rivestimento sulla superficie della schiuma idrofobica.

Rheologia: gli addetti controllano la viscosità per immergersi o spruzzare.

Tasso di asciugatura: influisce sul tempo del ciclo di produzione.

3. Aggregato di stampaggio (sabbia):
La sabbia asciutta e non inclinata circonda il motivo rivestito e fornisce supporto per la muffa.

Sabbia di silice: la scelta più comune ed economica per molte applicazioni.

Sabbia di olivina: utilizzato dove è maggiore una maggiore capacità termica o una minore espansione termica rispetto alla silice o per ridurre l'esposizione alla polvere di silice.

Sabbia cromite: impiegata per la sua alta conducibilità termica e proprietà di refrigerazione in sezioni specifiche.

Sand zircone: offre un'eccellente stabilità termica e una bassa espansione termica ma è significativamente più costosa. Utilizzato per applicazioni critiche o sezioni sottili.

Proprietà della sabbia chiave: la secchezza è fondamentale. Qualsiasi umidità può portare a difetti del gas. La sabbia viene in genere raffreddata ed essiccata dopo aver recuperato.

4. Metalli di casting:
Il casting in schiuma persa è versatile, adatto a una vasta gamma di leghe ferrose e non ferrose:

Ferroso:

Iron grigio: molto comunemente lanciato usando LFC, beneficiando della capacità del processo di produrre forme complesse con una buona precisione dimensionale.

Ferro duttile: anche ampiamente usato. Un attento controllo della permeabilità al rivestimento e dei parametri di versamento è fondamentale per evitare difetti correlati ai gas di reazione di magnesio.

Acciadi di carbonio e acciai in lega bassa: sempre più popolare per componenti complessi. Richiede rivestimenti ad alta permeabilità e spesso motivi EPMMA/STMMA per ridurre al minimo il ritiro del carbonio.

Acciadi inossidabile: utilizzato per componenti resistenti alla corrosione. Richiede un controllo rigoroso sulla decomposizione dei pattern e lo sfiato del gas.

Non ferroso:

Leghe di alluminio: estremamente adatti per LFC, consentendo parti complesse a parete sottile con eccellente finitura superficiale. L'EPS è quasi esclusivamente utilizzato.

Leghe di rame (bronzo, ottone): lanciata con successo usando il processo, che richiede spesso formulazioni di rivestimento specifiche.

Leghe di magnesio: usato, richiedendo attente considerazioni sulla sicurezza durante il versamento a causa della reattività del magnesio.

Considerazioni sulla selezione dei materiali:

Il metallo viene lanciato: detta tipo di schiuma (EPS vs. EPMMA/STMMA per esigenze a basso contenuto di carbonio), refrattarietà del rivestimento (zircone per acciaio) e tipo di sabbia.

Dimensione e complessità della parte: influenza la densità della schiuma (più alta per modelli complessi/grandi) e i requisiti di permeabilità al rivestimento.

Requisiti di finitura superficiale: schiuma a densità più elevata e rivestimenti refrattari più fini generalmente producono una migliore finitura superficiale.

Tolleranze dimensionali: le proprietà in schiuma e la coerenza dell'applicazione del rivestimento sono fattori critici.

Costo: il bilanciamento dei requisiti di prestazione (ad es. EPMMA, zircone) rispetto ai costi dei materiali è essenziale.

Tabella di riepilogo: categorie di materiali chiave

Tabella di riepilogo: categorie di materiali chiave