Разница между черными и цветными металлами в литье по выплавляемым моделям

от | 30 ноября 2025 г. | Знания

Главная 9 Знания 9 Разница между черными и цветными металлами в литье по выплавляемым моделям
Основное преимущество литья по выплавляемым моделям заключается в разнообразии металлов, используемых для производства деталей. С помощью этого процесса можно отливать любой легкоплавкий металл. Металлы, используемые в литье по выплавляемым моделям, делятся на две основные категории: черные металлы и цветные металлы. Выбор металла зависит от области применения. Основным фактором, отличающим металлы, является содержание железа.

Черные металлы — это металлы более темного цвета, в первую очередь железо, сталь и чугун. Эти металлы в основном имеют серебристо-белый или темно-серый цвет, обладают хорошей электро- и теплопроводностью, а также пластичностью и широко используются в производстве и строительстве. Цветные металлы — это металлы, отличные от черных металлов, такие как медь, алюминий, цинк, свинец, никель и олово. Эти металлы обычно имеют различные цвета, обладают высокой коррозионной стойкостью, электро- и теплопроводностью и широко используются в промышленности, электронике и химической промышленности.

1. Железо — ключевой элемент черных металлов

Черные металлы содержат железо, а цветные металлы — нет. Наличие железа придает металлу более высокую электропроводность. Металл также обладает хорошей прочностью на разрыв, что позволяет ему выдерживать высокие нагрузки без разрушения. Благодаря своим превосходным механическим свойствам, прочности и долговечности черные металлы могут использоваться для изготовления деталей для электрических и высоконагруженных применений.

Важно отметить, что многие черные металлы подвержены коррозии из-за содержания в них железа. При использовании в условиях большого количества воды, влаги, растворителей, масел и других коррозионных веществ детали могут изнашиваться и в конечном итоге выходить из строя. Для решения этой проблемы в процессе плавки черных металлов можно добавлять такие добавки, как хром, чтобы повысить их коррозионную стойкость. Улучшая свойства этих сплавов, производители могут разрабатывать прецизионные отливки подходит для таких суровых условий.

К черным металлам относятся сталь, чугун, нержавеющая сталь и углеродистая сталь. Как правило, черные металлы дешевле цветных, поскольку они широко используются в различных областях, включая производство компонентов для аэрокосмической промышленности.

2. Общая коррозионная стойкость цветных металлов

Многие цветные металлы не подвержены коррозии или ржавчине из-за отсутствия в них железа. Эти металлы обладают высокой пластичностью и легкостью, но имеют более низкую прочность на разрыв. Они также могут быть магнитными или немагнитными, что дает больше возможностей для выбора в зависимости от области применения.

Основное преимущество цветных металлов заключается в их тепло- и электропроводности. Когда металлы обладают этими свойствами, ток и тепло могут легко проходить через них с минимальным сопротивлением. В случае отливок, используемых в электрических или электронных системах, проводящие металлы пропускают ток, поглощая и рассеивая тепло, генерируемое током. Это свойство предотвращает перегрев системы, тем самым избегая снижения производительности и сбоев в работе.

The Difference Between Ferrous and Non-ferrous Metals in Investment Casting

3. Основные различия в процессах литья по выплавляемым моделям

Основной процесс литьё по выплавляемым моделям — это “изготовление восковой модели → нанесение оболочки → депарафинизация → обжиг → заливка → очистка”. Параметры и эксплуатационные требования для каждого этапа значительно различаются для черных и цветных металлов, как показано ниже:

3.1. Изготовление восковых моделей и модулей: различные требования к прочности

Восковая модель является “прототипом” в литьё по выплавляемым моделям, а его прочность должна соответствовать последующим требованиям к покрытию оболочки и обращению с ней. Из-за разницы в весе и размерах отливок после заливки требования к восковым моделям для двух типов металлов различаются:

  • Черные металлы: Инвестиционное литье обычно более толстые (≥3 мм) и тяжелые (от нескольких килограммов до десятков килограммов). Поэтому восковая модель должна обладать более высокой прочностью при комнатной температуре и стабильностью при высоких температурах (во избежание деформации во время нанесения оболочки). Часто используется композитный воск “парафин-стеариновая кислота” (с более высоким содержанием стеариновой кислоты, что приводит к большей твердости) или добавляются армирующие компоненты, такие как полиэтилен.
  • Цветные металлы: Литые детали в основном представляют собой тонкостенные детали (толщиной менее 1 мм, например, детали из алюминиевого сплава для аэрокосмической промышленности) и имеют небольшой вес. Восковые модели отличаются высокой текучестью и точностью формовки (воспроизведение сложных деталей, таких как прецизионные шестерни и декоративные узоры). Часто используется чистый парафиновый воск или композитные воски с низким содержанием стеариновой кислоты. Для некоторых прецизионных деталей даже используется “низкотемпературный воск” (температура плавления 40-60 °C, легко удаляется и обеспечивает высококачественную отделку).

3.2. Подготовка корпуса: различия в огнеупорных материалах и покрывающих слоях

Оболочка является “формой” для литьё по выплавляемым моделям, и он должен выдерживать высокотемпературную эрозию и химическую коррозию расплавленного металла. Поэтому выбор огнеупорных материалов и количество слоев покрытия должны соответствовать температуре плавления металла:

Этапы процесса:

 

Черные металлы (на примере нержавеющей стали):

 

Цветные металлы (на примере алюминиевого сплава):

 

Огнеупорные материалы

 

 Внутренний слой (находящийся в прямом контакте с расплавленным металлом): материалы с высокой температурой плавления, такие как корунд (Al₂O₃) и муллит (3Al₂O₃・2SiO₂) (устойчивые к температурам выше 1600 °C и коррозии расплавленной сталью); внешний слой: недорогой кварцевый песок + кремнеземный золь (обеспечивающий прочность конструкции).

 

Внутренний слой: материалы с низкой или средней температурой плавления, такие как кварцевый порошок и цирконовый порошок (устойчивые к температурам ниже 1000 ℃, низкая стоимость); Внешний слой: кварцевый песок + жидкое стекло (хорошая текучесть, легко наносится). Титановый сплав является особым: требуется корунд высокой чистоты (во избежание реакции между титаном и кремнием).
Количество слоев покрытия

 

 6–10 слоев (из-за высокой температуры и воздействия расплавленного металла требуется толстая оболочка для предотвращения растрескивания)

 

3-6 слоев (низкая температура расплавленного металла, тонкостенные детали требуют тонкой оболочки для обеспечения отвода тепла и предотвращения образования усадочных полостей в литьё по выплавляемым моделям)

 

Сушка плесени

 

Длительное время высыхания (8-12 часов на каждый слой), требующее строгого контроля влажности (оболочки из кремнезема чувствительны к влажности, чтобы избежать снижения прочности)

 

Короткое время высыхания (4-8 часов на слой), оболочки из водного стекла могут высыхать естественным образом, что обеспечивает более высокую эффективность.

 

3.3. Депарафинизация и обжиг: различия в контроле температуры

Депарафинизация удаляет восковую модель для формирования полости, а обжиг дополнительно удаляет остатки воска и повышает прочность оболочки. Температуры для обоих процессов должны соответствовать температуре плавления восковой модели и характеристикам металла.

Методы депарафинизации:

  • Черные металлы: в основном используется “депарафинизация паром” (насыщенный пар 100-120 ℃, быстро плавит восковую модель, подходит для высокопрочных восковых моделей); для некоторых крупных деталей используется “депарафинизация горячей водой” (80-90 ℃, низкая стоимость).
  • Цветные металлы: низкотемпературный воск удаляется с помощью горячей воды (60-80 °C, чтобы избежать размягчения и деформации восковой модели); высокотемпературный воск (например, воск для медных сплавов) по-прежнему удаляется с помощью пара.

 

Температура обжига:

  • Черные металлы: 800-1100℃ (для полного сжигания остатков воска, обеспечения плотной спеченной оболочки и устойчивости к эрозии расплавленной сталью), время обжига 2-4 часа.
  • Цветные металлы: алюминиевые сплавы/магниевые сплавы: 400-600 ℃ (во избежание чрезмерного спекания оболочки, что может снизить проницаемость и вызвать пористость отливки); медные сплавы: 600-800 ℃; титановые сплавы: 1000-1200 ℃ (требуется высоковакуумная обжига для предотвращения окисления).

3.4. Процесс литья: контроль температуры, атмосферы и текучести

Инвестиционное литье является основным этапом впрыскивания расплавленного металла в форму. Из-за различий в температуре плавления и окислительных свойствах параметры литья по выплавляемым моделям значительно различаются для двух типов металлов:

Температура литья:

  • Черные металлы: значительно выше их температуры плавления (например, температура плавления углеродистой стали 1450 ℃, температура литья 1550-1650 ℃). Повышенная текучесть необходима для заполнения толстостенных отливок и предотвращения холодных завалов.
  • Цветные металлы: Близко к их температуре плавления (например, температура плавления алюминиевого сплава 660 ℃, температура литья 700-750 ℃). Чрезмерные температуры могут легко привести к окислению и образованию усадочных полостей в отливке. Титановые сплавы являются особыми (температура плавления 1668 ℃), требуют литья при высокой температуре 1800-1900 ℃ и необходимости защиты вакуумом или инертным газом (титан легко реагирует с O и N при высоких температурах).

Атмосфера кастинга:

  • Черные металлы: Могут быть отлиты в атмосфере (окисление стали и чугуна может быть удалено посредством последующей очистки, а окисление оказывает минимальное влияние на толстостенные детали).
  • Цветные металлы: алюминиевые и магниевые сплавы требуют дегазации (аргон или гексахлорэтан используются для удаления водорода из расплавленного металла перед литьем, чтобы предотвратить пористость); медные сплавы можно лить в атмосфере, но их необходимо покрывать флюсом для предотвращения окисления; титановые сплавы должны быть вакуумное литье (абсолютный вакуум < 10⁻³ Па).

Методы литья:

  • Черные металлы: для крупных деталей используется “нижнее литье” (расплавленный металл плавно заполняет форму, предотвращая эрозию оболочки формы); для мелких деталей используется “верхнее литье” (для увеличения скорости заполнения).
  • Цветные металлы: для изготовления тонкостенных деталей используется “литье под давлением” (например, литье под низким давлением, при котором расплавленный металл заполняет полость формы, что снижает количество дефектов); для изготовления прецизионных деталей используется “вакуумное литье” (для увеличения плотности).

3.5. После обработки: различия между очисткой и термообработкой

Послеобработка определяет окончательные характеристики и внешний вид литья по выплавляемым моделям. Из-за различий в характеристиках поверхности и требованиях к характеристикам процессы для двух типов металлов значительно различаются:

Очистка поверхности:

  • Черные металлы: из-за высокой твердости оболочки формы остатки оболочки необходимо удалять с помощью пескоструйной обработки (корундовый песок) или дробеструйной обработки (стальная дробь); оксидную окалину удаляют с помощью травления (соляная кислота + азотная кислота).
  • Цветные металлы: оболочка формы легко снимается; ее можно удалить с помощью пескоструйной обработки (кварцевым песком, избегая повреждения поверхности литейной формы) или химического удаления окалины (например, растворением кварца в растворе NaOH для алюминиевых сплавов); медные сплавы можно травить (серная кислота + перекись водорода).

Термическая обработка:

  • Черные металлы: требуют нормализации + отпуска (для регулирования твердости и устранения внутренних напряжений); нержавеющая сталь требует термообработки (для повышения коррозионной стойкости).
  • Цветные металлы: алюминиевые сплавы требуют старения (для повышения прочности); магниевые сплавы требуют отжига (для устранения напряжений и предотвращения деформации); медные сплавы требуют закалки + отпуска (для повышения вязкости).

4. Тенденции развития

Черные металлы: разработка сплавов с низкой усадкой (например, высоконикелевой стали) в сочетании с технологией 3D-печати и литья по восковой модели.

Цветные металлы: Широкое применение вакуумных процессов плавки магниевых/титановых сплавов стимулирует развитие легкой авиакосмической промышленности.

Благодаря правильному выбору материалов и оптимизации процессов литье по выплавляемым моделям может удовлетворить потребности различных областей, от микроювелирных изделий до больших лопаток турбин.

Контактная информация

7 + 3 =

Custom Worm Gear Output Shafts for Solar Trackers: OEM Casting & CNC Machining

Изготовленные на заказ выходные валы червячных передач для солнечных трекеров: литье по заказу и обработка на станках с ЧПУ

Оригинальные выходные валы червячных редукторов для фотоэлектрических трекеров: от чертежа до готовой детали, принимаются заказы на небольшие партии

Solar Casting Stainless Steel Solar Tracker Cam Solutions for PV Tracking Systems

Решения Solar Casting для камер солнечных следящих устройств из нержавеющей стали для фотоэлектрических систем слежения

Кулачок солнечного трекера из нержавеющей стали — это ключевой прецизионный литой узел для фотоэлектрических систем слежения. Ознакомьтесь с профессиональными решениями в области литья деталей для солнечной энергетики, технологиями производства, подбором материалов, контролем качества, а также услугами по индивидуальному производству (OEM/ODM) для мировых EPC-подрядчиков и производителей солнечных трекеров.

Контактная информация

2 + 4 =