Литье из стали по выплавляемым моделям: особенности технологии и применения

Литье по выплавляемым моделям — это высокоточный метод получения металлических изделий, при котором используется временная восковая модель, замещаемая в процессе формовки и заливки на стальную отливку. Эта технология позволяет изготавливать детали сложной геометрии с минимальными припусками и высокой чистотой поверхности. Особенно востребовано такое литье в машиностроении, энергетике, авиации, медицинской и оборонной промышленности.

Суть метода

Процесс литья по выплавляемым моделям (инвестиционное литье) основан на создании литейной формы вокруг восковой модели детали. После формирования формы воск выплавляется, оставляя внутри полость, куда затем заливается расплавленный металл — в данном случае сталь. После охлаждения и затвердевания форма разбивается, а готовая отливка извлекается и подвергается финишной обработке.

Этапы технологического процесса

1. Изготовление восковой модели

Создается точная восковая копия будущего изделия. Часто используется пресс-форма, в которую впрыскивается воск. Для крупных или сложных деталей могут применяться сборные модели.

2. Формирование литниковой системы

К восковым моделям приваривается восковая литниковая система, через которую в дальнейшем будет подаваться расплав. Несколько моделей могут объединяться в единый блок — «гроздь» или «ёлку».

3. Обработка оболочкой

Гроздь многократно окунается в огнеупорную суспензию и обсыпается керамическим порошком. После сушки этот процесс повторяется до образования прочной оболочки (толщина 5–10 мм). Обычно используют циркон, муллит, кремнезем и другие термостойкие материалы.

4. Выплавление воска

После высыхания оболочку нагревают в автоклаве или печи, в результате чего воск выплавляется и вытекает из формы, оставляя точную полость.

5. Обжиг формы

Форма подвергается высокотемпературному обжигу (до 1000–1100 °C), что придаёт ей прочность, удаляет остатки воска и подготавливает к заливке стали.

6. Заливка стали

Расплавленная сталь заливается в горячую форму под действием силы тяжести или центробежной силы. Точное соблюдение температурного режима заливки критично для качества отливки.

7. Разбивка формы и извлечение отливки

После охлаждения оболочка разбивается (механически или гидравлически), извлекаются готовые стальные отливки. Они отделяются от литниковой системы, обрезаются, очищаются от облоя и окалины.

8. Контроль и обработка

Отливки проходят термическую обработку, механическую доводку, дефектоскопию (в том числе рентгеновскую и ультразвуковую), а также контроль размеров и поверхности.

Преимущества литья по выплавляемым моделям

• Высокая точность (IT6–IT8) и чистота поверхности (Ra до 1,6 мкм), что снижает потребность в механической обработке.
• Возможность изготовления деталей сложной конфигурации, в том числе с внутренними полостями и тонкостенными элементами.
• Экономия материала благодаря минимальным припускам и рациональному распределению металла.
• Универсальность — метод подходит для углеродистых, легированных и жаропрочных сталей.
• Повышенная структурная однородность по сравнению с литьем в песчаные формы.

Недостатки и ограничения

• Более высокая стоимость по сравнению с обычным песчаным литьем — за счёт сложности подготовки моделей и оболочек.
• Ограничение по габаритам и массе отливок (в основном изготавливаются детали массой до 30–50 кг).
• Чувствительность к нарушению технологии (особенно температурного режима и чистоты при заливке).

Применение

Литьё из стали по выплавляемым моделям широко применяется для изготовления:

• деталей турбин, насосов, компрессоров;
• корпусных и соединительных элементов трубопроводов;
• лопаток, шестерён, рычагов, кронштейнов;
• клапанов, корпусов редукторов, элементов арматуры;
• хирургического инструмента и имплантатов;
• деталей оружия и приборов.

Заключение

Литьё из стали по выплавляемым моделям — высокоточная технология, объединяющая преимущества точного формообразования и механической прочности стали. Она позволяет реализовать сложные инженерные задачи и создавать надёжные детали с минимальными затратами на дообработку. Несмотря на более высокую стоимость, метод оправдан в тех случаях, когда важны точность, сложная форма и качество поверхности.