Qual è la finitura superficiale della fusione a cera persa?

Casting d'investimento Produce parti con finiture superficiali che vanno da 63 a 125 Ra micropollici (da 1.6 a 3.2 micrometri). Questa finitura liscia deriva direttamente dal processo di fusione, senza ulteriori lavorazioni meccaniche. Lo stampo in ceramica crea una texture superficiale fine che riproduce fedelmente i dettagli del modello in cera.

Fusione a cera persa vs. fusione in sabbia e pressofusione

Fattori che influenzano la finitura superficiale nella fusione a cera persa

Qualità del modello in cera

La superficie della fusione metallica rispecchia direttamente la modello in cera e cavità dello stampo. Una superficie liscia e di alta qualità modello in cera (spesso realizzata iniettando cera in uno stampo di alluminio lucidato) produce una fusione più liscia. Qualsiasi consistenza o imperfezione della cera verrà riprodotta sul metallo.

Qualità del guscio ceramico (stampo)

Il primo strato del guscio ceramico, chiamato strato di base, crea la fusione finitura superficialeQuesto rivestimento utilizza particelle refrattarie fini con dimensioni comprese tra 200 e 325 mesh.

Stucco grossolano o grani grossi negli strati di supporto possono imprimere una leggera texture (effetto "carta vetrata") sulla fusione. In genere, la microfusione utilizza silice o farina di zircone molto fini nello strato primario per ridurre al minimo la rugosità.

Spessore del guscio

Lo spessore del guscio varia in genere da 0.25 a 0.5 pollici, ottenuto applicando da 5 a 12 strati di rivestimento. I gusci più sottili producono finiture superficiali migliori, ma rischiano di fessurarsi durante la colata del metallo.

Deceratura e cottura dello stampo

Una deceratura controllata (spesso tramite autoclave o flash-fire) previene la formazione di crepe o rugosità sul guscio. La deceratura rimuove il modello in cera utilizzando autoclavi a vapore a 250-350 °C o tramite flash-fire a 1,400-1,800 °C.

La cottura del guscio per sinterizzarlo (ad esempio ~800–1100 °C) indurisce e leviga la superficie interna prima della colata, migliorando la qualità della superficie della cavità di fusione.

Parametri di colata del metallo

Versare il metallo in un guscio sufficientemente riscaldato aiuta il metallo a riempire le piccole parti senza congelarsi prematuramente.

Una temperatura di colata troppo bassa o un preriscaldamento inadeguato dello stampo possono causare un riempimento incompleto o ondulazioni. Al contrario, un surriscaldamento eccessivo o temperature di colata molto elevate per alcune leghe possono erodere la superficie dello stampo o causare reazioni che ne aumentano la rugosità.

Una velocità di colata controllata (per evitare turbolenze) e una ventilazione adeguata prevengono inoltre difetti come inclusioni o sacche d'aria che potrebbero rovinare la superficie.

Reattività della lega e interazione dello stampo

Alcuni metalli reagiscono con la ceramica più di altri.

Ad esempio, durante la colata, gli acciai formano ossidi (ad esempio, una pellicola di ossido di cromo nell'acciaio inossidabile) che possono lasciare una leggera impronta sulla superficie. Le leghe altamente reattive o resistenti alle alte temperature (superleghe di nichel, leghe di cobalto) possono richiedere materiali di rivestimento speciali (zircone, allumina, ecc.) per prevenire l'attacco chimico allo stampo che renderebbe il getto irruvidito.

In generale, le leghe che solidificano con una microstruttura più fine (e meno difetti di ritiro) avranno superfici più lisce.

Pulizia post-fusione

Sebbene i valori indicati si riferiscano alle superfici "come colate", le fusioni a cera persa spesso subiscono piccole finiture come la sgrossatura del guscio, la granigliatura o il decapaggio. Queste fasi possono alterare leggermente la rugosità superficiale.

Una leggera sabbiatura con un mezzo fine può ridurre Ra rimuovendo le incrostazioni ceramiche o di ossido aderenti (spesso riducendo la rugosità a un intervallo di ~Ra 0.8-1.2 μm). Anche i trattamenti chimici (decapaggio acido, ecc.) possono migliorare leggermente Ra rimuovendo gli ossidi: ad esempio, il decapaggio potrebbe migliorare una superficie di ~1.5 μm a ~1.0 μm Ra.

Tipi di materiale (lega) sulla finitura superficiale

Ottimizzazione della finitura superficiale

variabili di processo

• Parametri del rivestimento del guscio – Controllare la viscosità della sospensione del rivestimento primario (in genere 12-20 secondi su una tazza Zahn n. 5) e utilizzare particelle ceramiche fini (200-325 mesh) nel rivestimento superficiale per creare una superficie liscia dello stampo che si replica sulla fusione
• Qualità del modello in cera – Mantenere le temperature di iniezione della cera tra 140-160 °F e le pressioni di iniezione di 200-600 psi per ridurre al minimo le linee di flusso e garantire superfici del modello lisce senza difetti che si trasferiscono alla fusione finale
• Condizioni di essiccazione del guscio – Controllare l’umidità al 40-50% di umidità relativa e la temperatura a 70-75°F durante la costruzione del guscio per prevenire crepe e garantire un’adesione uniforme del rivestimento ceramico

Selezione dei materiali

• Selezione refrattaria – Utilizzare refrattari a base di zircone o allumina per lo strato primario anziché silice per ottenere finiture superficiali più fini (in genere 60-125 RMS contro 125-250 RMS)
• Sistemi leganti – I leganti di silice colloidale generalmente producono superfici più lisce rispetto ai sistemi di silicato di etile grazie alla migliore sospensione delle particelle e all’uniformità del rivestimento
• Dimensione delle particelle di stucco – Applicare materiali di stucco progressivamente più grossolani dagli strati interni a quelli esterni, iniziando con una maglia da 100-120 per lo strato primario per bilanciare la qualità della superficie con la permeabilità del guscio

Metodi di controllo del processo

• Monitoraggio della viscosità della sospensione – Controllare la viscosità ogni 2-4 ore durante la produzione e regolarla con acqua deionizzata o silice colloidale per mantenere uno spessore di rivestimento costante
• Pulizia del modello – Pulire i modelli in cera con alcol o detergenti specifici per modelli per rimuovere agenti distaccanti e impronte digitali che possono causare difetti superficiali
• Controllo dello spessore del guscio – Costruire gusci fino a uno spessore totale di 6-10 mm con 5-8 strati, assicurandosi che ogni strato sia adeguatamente asciutto per prevenire delaminazioni e irregolarità superficiali

Trattamenti Post Getto

• Pulizia chimica – Utilizzare la lisciviazione caustica o acida per rimuovere il materiale residuo del guscio, con soluzioni di idrossido di sodio (10-20%) a 180-200 °F per leghe di acciaio o acido fluoridrico per le leghe reattive
• Finitura abrasiva – Applicare la sabbiatura con microsfere di vetro (grana 60-120) o la sabbiatura con ossido di alluminio per una rimozione più aggressiva del materiale mantenendo le tolleranze dimensionali
• Finitura vibrante – Lavorare le fusioni per 2-6 ore con supporti ceramici o plastici e composti appropriati per ottenere finiture superficiali uniformi fino a 16-32 RMS