La fusione a cera persa lascia impurità?

Casting d'investimento lascia solo tracce di impurità. Le impurità più comuni includono particelle di ceramica provenienti dal guscio dello stampo, residui di composti di cera e vari ossidi metallici che si formano durante il processo di fusione.
Nei processi ben controllati, queste impurità rappresentano in genere meno dello 0.5% del pezzo fuso finale.

Fonte di impurità

Tipi di impurità nella fusione a cera persa

Inclusioni non metalliche

Le inclusioni non metalliche sono particelle solide intrappolate nel metallo durante la fusione. Queste particelle non si mescolano con il metallo base e creano punti deboli nel pezzo finale.

• Inclusioni ceramiche: Le inclusioni ceramiche derivano dalla rottura del guscio dello stampo di fusione durante la colata del metallo. Queste particelle hanno dimensioni comprese tra 10 e 500 micrometri e sono costituite principalmente da silice, allumina e zirconia.
• Scorie, scorie e inclusioni di ossido: Questa categoria comprende una serie di particelle non metalliche che sono sottoprodotti di reazioni chimiche che si verificano all'interno del metallo fuso o nella sua interfaccia con l'ambiente circostante.
• Inclusioni esogene: Si tratta di contaminanti che penetrano nella massa fusa da una fonte esterna. Tra gli esempi rientrano particelle provenienti dal rivestimento refrattario del forno o della siviera, o impurità presenti nel materiale di carica iniziale.
• Inclusioni endogene: Si formano tramite reazioni chimiche all'interno della massa fusa stessa, più comunemente tra il metallo fuso e i gas disciolti come ossigeno, zolfo o azoto.

Cera residua e cenere

La cera residua rimane quando il processo di combustione non rimuove completamente la modello in ceraI cicli di combustione standard raggiungono i 1,800 °F, ma il riscaldamento incompleto lascia depositi di carbonio che contaminano il metallo.

Questi residui di carbonio sono in genere inferiori allo 0.1% in peso nei pezzi lavorati correttamente. Tuttavia, cicli di combustione affrettati o sezioni di cera spessa possono lasciare una contaminazione da carbonio fino allo 0.5%.

La cenere si forma dalla combustione incompleta della cera e contiene particelle di carbonio mescolate ad additivi di cera. Questo residuo grigio-nero aderisce alle superfici dello stampo e si mescola con il metallo colato.

Contaminanti provenienti da scorte di metallo grezzo

La purezza del getto finale non può essere migliore di quella del materiale di carica iniziale. Lingotti e rottami di metallo grezzo introducono impurità nelle fusioni a cera persa. Tra i contaminanti più comuni figurano zolfo (0.01-0.05%), fosforo (0.01-0.03%) e oligoelementi come piombo o bismuto.

Come ridurre al minimo le impurità

• Controllare con precisione la temperatura di fusione – Mantenere le temperature entro i 50°F degli intervalli raccomandati per prevenire l’assorbimento eccessivo di gas e la formazione di ossido
• Utilizzare metalli vergini di alta qualità – Limitare il contenuto riciclato al 20-30% e verificare la composizione del materiale in entrata con analisi spettrografica
• Ottimizzare la costruzione della shell – Applicare 6-8 strati di ceramica con adeguata asciugatura tra gli strati per evitare la rottura del guscio
• Eseguire una corretta rimozione della cera – Utilizzare la deceratura a fuoco rapido a una temperatura minima di 1,800 °F con tempi di attesa di 2 ore per l'eliminazione completa del carbonio
• Progettare sistemi di controllo efficaci – Dimensionare i canali e le paratoie per mantenere il flusso laminare a 2-3 piedi al secondo, prevenendo la turbolenza
• Degassare completamente il metallo fuso – Far gorgogliare gas inerte attraverso l’alluminio per 10-15 minuti o utilizzare la degassificazione rotativa per ridurre l’idrogeno al di sotto di 0.15 ml/100 g
• Aggiungere raffinatori e modificatori di grano – Utilizzare lo 0.1-0.2% di titanio-boro nell’alluminio o lo 0.02-0.04% di magnesio nella ghisa per migliorare la struttura
• Controllare la temperatura e la velocità di colata – Versare alla temperatura più bassa che consenta il riempimento completo, in genere 100-150 °F sopra il liquidus
• Applicare tecniche di alimentazione adeguate – Progettare montanti con uno spessore pari a 1.5 volte lo spessore della sezione e posizionarli in modo che si solidifichino per ultimi
• Mantenere condizioni di lavoro pulite – Filtrare l’aria dell’acciaieria a 5 micron e mantenere l’umidità al di sotto del 50% per ridurre al minimo la contaminazione
• Ispezionare e testare regolarmente – Eseguire test con coloranti penetranti sul 10% della produzione e sottoporre a raggi X i componenti critici per individuare precocemente i difetti