יציקת השקעות ידע בתהליך נירוסטה 304 ו-316 וסיליקה סול
בתחום יציקת ההשקעה, הנירוסטה 304 ו-316 הן בין הפלדות הנירוסטה האוסטניטיות הנפוצות ביותר בשל עמידותן המצוינת בפני קורוזיה, תכונות מכניות טובות והעלות הכוללת-יעילות. הם משמשים בדרך כלל לייצור יציקות משטח מורכבות-בצורה חלקה- באמצעות מעטפת סיליקה סול-תהליך הבנייה בתוך יציקת השקעה, מציאת יישומים בשסתומי משאבה כימית, מכונות מזון, מכשור רפואי וחומרה ארכיטקטונית.
I. מאפייני יציקה של נירוסטה 304 ו-316
למרות שגם 304 וגם 316 ידועים בעמידות מעולה בפני קורוזיה, ההבדלים בהרכב שלהם משפיעים ישירות על ביצועי היציקה והיישומים הסופיים שלהם.
· 304 נירוסטה: ההרכב האופייני שלו הוא C פחות או שווה ל-0.08%, Cr 18-20%, Ni 8-10.5%. זוהי פלדת אל-חלד "ברמת הכניסה", המציעה עמידות טובה בפני קורוזיה (נגד אטמוספירה, מים מתוקים ורוב החומצות האורגניות) ויכולת יציקה. במהלך היציקה, טווח טמפרטורת ההתמצקות שלו רחב יחסית, מה שמוביל לנטייה ל"התמצקות עיסה", מה שהופך אותו לנטייה לנקבוביות התכווצות בין-דנדריטית. כתוצאה מכך, הוא מציב דרישות גבוהות יותר לתכנון תהליך.
· 316 נירוסטה: כשדרוג ל-304, ההבדל המכריע ביותר שלו הוא תוספת של 2-3% מוליבדן (Mo). אלמנט זה משפר באופן משמעותי את עמידותו בפני קורוזיה וחריצים בסביבות כלוריד (למשל מי ים, מי מלח). ההרכב האופייני שלו הוא C פחות או שווה ל-0.08%, Cr 16-18%, Ni 10-14%, Mo 2-3%. תוספת של מוליבדן מגבירה מעט את צמיגות ההיתוך ועלולה להחמיר מיקרו-הפרדה במהלך היציקה. עם זאת, עמידות הקורוזיה המעולה שלו הופכת אותו לבחירה המועדפת עבור סביבות קשות.
אתגרי הליהוק ואמצעי הנגד הנפוצים:
1. תכלילים של חמצון וסלג: הכרום בהמסת הפלדה מתחמצן בקלות ליצירת סרט Cr₂O₃, שיכול להילכד בתוך היציקה כמו תכלילי סיגים. אמצעי הנגד כוללים התכה מהירה, הגנת ארגון ושילוב מלכודות סיגים יעילות בתכנון מערכת השער.
2. נטייה לקריעה חמה: לפלדות אל-חלד אוסטניטיות יש מוליכות תרמית ירודה והתכווצות ליניארית גבוהה, מה שהופך אותן לרגישות לקרעים חמים בצמתים בין חלקים עבים לדקים או בנקודות חמות. זה מצריך תכנון שערים וריזור רציונלי וקצבי קירור מבוקרים כדי להפחית מתחים תרמיים.
3. נקבוביות התכווצות: בשל טווח טמפרטורות ההתמצקות הרחב, האכלה קשה. חיוני להקפיד על עיקרון ההתמצקות הכיוונית, תוך שימוש בצמרמורות או עליות מבודדות כדי להנחות את התמצקות המתכת ברצף מהנקודות הרחוקות ביותר של היציקה לכיוון העלייה, תוך הבטחת ערוצי הזנה פתוחים.
II. מעטפת הסיליקה סול-תהליך הבנייה: מפתח להשגת משטחים מדויקים
תהליך הסיליקה סול הוא כיום שיטת ה-ייצור התבנית העיקרית ביותר לייצור יציקות נירוסטה 304/316 באיכות גבוהה-. הליבה שלו טמונה בבניית מעטפת קרמית בעלת חוזק, יציבות ודיוק שכפול גבוהים.
זרימת תהליך מפורט:
1. הרכבת דפוסים:
· דוגמאות שעווה, זהות לצורת החלק הסופית, מוזרקות באמצעות תבניות אלומיניום.
· דפוסים אלה מורכבים לאחר מכן על מערכת שערים שעווה מרכזית (כוס לשפוך, שפך, רצים) ליצירת "אשכול" או "עץ" לייצור אצווה.
2. טיח מעיל ראשי (פנים) (השלב הקריטי ביותר):
· סיליקה סול: משמש כחומר מקשר, זהו תרחיף קולואידי של חלקיקי SiO₂ בגודל ננו- במים או בממס, הידוע כבלתי-רעיל וידידותי לסביבה.
· חומר עקשן: השכבה הראשונית משתמשת בדרך כלל בקמח זירקון עדין מאוד (ZrSiO₄) או קמח אלומינה (Al₂O₃). אלה מציעים עמידות גבוהה, התפשטות תרמית נמוכה ומשכפלים משטחי יציקה חלקים מאוד.
· תפעול: האשכול טובל לתוך תמיסת קמח זירקון-המוכנה, מה שמבטיח כיסוי מלא. לאחר ניקוז עודפי הרחצה, מבוצעת מיידית סטוקו. השכבה הראשונית מכוסה בדרך כלל בחול זירקון עדין- או חול סיליקה מזויד כדי לחזק את הציפוי ולהשיג מרקם משטח עדין.
3. ייבוש ואשפרה:
· ריפוי סיליקה סול הוא תהליך ייבוש פיזי. בסביבה מבוקרת (למשל, טמפרטורה 23±2 מעלות, לחות 40-60%), המים מתאדים לאט ואחיד מהציפוי. כאשר המים מתאדים, חלקיקי הננו-SiO₂ מתקרבים ויוצרים רשתות סילוקסן חזקות (Si-O-Si) באמצעות עיבוי של קבוצות סילאנול (-SiOH), ובכך קושרים בחוזקה את האגרגטים העמידים. השכבה הראשונית דורשת זמן ייבוש ארוך מספיק (לעתים קרובות מספר שעות) כדי להבטיח ריפוי יסודי וללא סדקים.
4. גיבוי מעיל-:
· לאחר ריפוי מלא של השכבה הראשונית, חוזרים על תהליך הטבילה והטיח. שכבות הגיבוי עדיין משתמשות בסיליקה סול כחומר המקשר, אך עוברות לחומרי עקשן חסכוניים יותר-כגון קמח וחול מולליט או צ'אמוט. גודל גרגירי החול inc
