Технология титанового литья: Литье титана и титановых сплавов

alexxlab | 03.03.2023 | 0 | Разное

Содержание

Литье титана и титановых сплавов

Наш завод выпускает широкий перечень отливок из титана разнообразной конфигурации и сложности. Титановые отливки широко применяется в машиностроении, нефтяной отрасли, оборонной и авиационной промышленности. Наш цех имеет 10 вакуумных. плавильных печей, специальные печи для подготовки форм к технологическому процессу литья.

Для изготовления титановых отливок имеется участок модельной оснастки, на котором производится вся необходимая оснастка для последующего производства. Наш литейный цех имеет широкие возможности по изготовлению отливок из титановых сплавов разнообразных конфигураций, начиная с изделий массой 20 грамм и заканчивая 2,5 тоннами. Благодаря отработанным технологиям обеспечиваем высокое качество отливаемых изделий с наименьшей толщиной стенок 3 миллиметра.

Мы изготавливаем титановые отливки. которые отвечают современным стандартам. Мощности нашего производства позволяют изготавливать до 1000 тонн титановых отливок в год. Полученные титановые заготовки мы можем обработать механическим путем для получения конечного изделия в соответствии с требованиями заказчика.

Мы занимаемся поставками титанового литья и различных изделий из титановых сплавов. Постоянным клиентам готовы предложить гибкую систему скидок.

Применяемые технологии

Литье титана по выплавляемым моделям ЛВМ

Литье титановых сплавов в стержневые и корковые формы

Центробежное литье

Прессование из порошков

Термообработка под вакуумным нагревом

Главной особенностью титанового литья низкий коэффициент расширения и усадки, немагнитность, жаростойкость и химическая стойкость. Если сравнивать со стальным литьем, то титановые отливки имеют меньшую плотность и вес практически в 2 раза. Однако для нагретого титана необходима защита, которая оградит его от окисления атмосферными газами. Эта особенность несколько затрудняет технологический процесс и требует применения специальных вакуумных печей.

Благодаря отработанной технологии мы получаем отливки, которые могут иметь минимальную толщину 3 мм.

Используемые титановые сплавы

ВТ-5Л, ВТ-6Л, ВТ-20Л, ВТ10Л, ВТ20Л и так далее.

Изделия, получаемые титановым литьем на нашем предприятии

Крыльчатка, улитка, конфузор, теплообмнники, кожуха, фланцы, отводы, ножки, воронки, вставки колонны, шнеки, основание, стабилизаторы, корпуса, титановые изделия для авиакосмической отрасли, компоненты промышленных механизмов, инструменты, изделия для протезирования, шаровые корпуса, тарелки клапанов, крышки, дистилляторы, сушилки, центрифуги, титановый круг, втулки, подпятники и многое другое.

Особенности применения изделий из титана и его сплавов

Титан находит широкое применение в различных отраслях промышленности. Благодаря своим свойствам он намного превосходит обычную сталь и даже нержавейку. Его выделяет легкость, прочность, устойчивость к коррозии, стойкость к высоким температурам и тепловому расширению.

Именно поэтому на многих предприятиях широко применяется именно титановые изделия, их обширно используют в разнообразных устройствах. Изделия из титана пользуются большим спросом в химическом машиностроении, металлургии, судостроении, автомобилестроении, медицине и аэрокосмической промышленности.

Применение титана в медицине

Благодаря инертности к биологическим средам изделия из титана обширно применяются в медицинской отрасли, в частности в виде инструментов, протезов и имплантатов. При небольшом весе он очень прочен. К тому же долговечен, гипоаллергенен и выделяется отличной приживляемостью к тканям человека.

Мехобработка титана

Металл имеет некоторые сложности в металлообработке вследствие высокой твердости и вязкости. Он требует применения инструментов с повышенной твердостью и характеристиками. В результате обычные универсальные станки не всегда способны обеспечить необходимую точность.

На нашем предприятии мы применяем специальные станки с ЧПУ и инструменты, которые позволяют получить требуемую точность согласно чертежам. У нас работают высококвалифицированные специалисты, которые имеют большой опыт работы с титановыми заготовками.

Заказ титанового литья и мехобработки

Для заказа литья и мехобработки титановых изделий нам необходим чертеж изделия с указанием технологических требований и количества изделий. Присылайте его на Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра..

ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК ИЗ ЭКОНОМНОЛЕГИРОВАННОГО ЛИТЕЙНОГО ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ40Л

2023
2022
2021
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
2013

№1 | №2 | №3 | №4 | №5 | №6 | №7 | №8 | №9 | №10 | №11 | №12

dx.doi.org/ 10.18577/2307-6046-2016-0-3-4-4

УДК 669.018.28:669.295

Kochetkov A.S., Nochovnaya N.A., Bokov K.A.

ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК ИЗ ЭКОНОМНОЛЕГИРОВАННОГО ЛИТЕЙНОГО ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ40Л

Рассмотрены основные этапы получения отливок из сплава ВТ40Л: система легирования, изготовление форм, выбор режимов выплавки слитков и заливки форм, режимы горячего изостатического прессования, методы диагностики внутренних дефектов в отливках. Особое внимание уделено комплексному легированию элементами (α- и β-стабилизаторами), а также дополнительному легированию кислородом и углеродом. Показано влияние комплексного легирования на прочность сплава. Рассмотрены преимущества применения керамических форм перед графитовыми. Установлено, что для получения качественных отливок необходимо соблюдение всех технологических операций.

Ключевые слова: литейные титановые сплавы, центробежная заливка, слитки, отливки, керамические формы

Введение

В настоящее время в отечественной промышленности при производстве авиационной техники используется широкая номенклатура фасонных отливок из титановых сплавов. Применение фасонного литья позволяет существенно сократить расход материалов (КИМ штамповок составляет 0,12, а фасонных отливок: 0,35) и трудоемкость их механической обработки. Технология фасонного литья обеспечивает получение сложных по геометрической форме отливок с высокими характеристиками усталостных свойств, что позволит существенно расширить номенклатуру используемых отливок, повысить их качество и сократить брак при литье.

Большинство отливок из титановых сплавов производится в разовых литейных формах, изготовленных по выплавляемым моделям. Центробежный способ литья титановых сплавов, высокая химическая активность титана обуславливают комплекс требований к материалам керамических форм: прочность к воздействию ударных и изгибающих нагрузок, термостойкость и химическая инертность к заливаемому металлу.

Технология литья титановых сплавов по выплавляемым моделям позволяет получать отливки различных форм и размеров с высоким коэффициентом использования металла. В настоящее время разработаны и внедрены в промышленность два различных технологических варианта получения форм по выплавляемым моделям: изготовление форм на основе графитовых материалов и электрокорунда.

Известно, что качество отливок во многом определяется устойчивостью форм к воздействию на их внешний слой химически активных расплавов титановых сплавов. Образующийся на поверхности отливки газонасыщенный слой снижает механические свойства титановых сплавов.

В настоящей работе при получении тонкостенных отливок из нового высокопрочного литейного титанового сплава ВТ40Л с использованием серийной технологии центробежного литья использованы керамические формы, изготовленные по общепринятой технологии послойного формирования керамического покрытия на восковых моделях.

Материалы и методы

В качестве материала для исследований выбраны отливки из высокопрочного литейного титанового сплава ВТ40Л, химический состав которых приведен в таблице. Определение химического состава образцов проводили методом спектрального анализа на спектрометре S4 Explorer по ГОСТ 23902–79. Корундовая керамическая форма изготовлена с внутренним слоем из оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия.

Химический состав отливки из сплава ВТ40Л

Содержание легирующих элементов, % (по массе)

5,75

0,95

0,67

0,55

0,39

0,09

0,11

0,14

Определение механической прочности при трехточечном изгибе выполняли по ГОСТ 473. 8–81 на керамических образцах-свидетелях, скорость приложения нагрузки на образец при испытании составляла 6 мм/мин.

Для микроструктурных исследований сплава ВТ40Л изготавливались шлифы в соответствии с ПИ1.2785–2009 «Металлографический анализ титановых сплавов». Определение микроструктурных параметров проводилось на оптических микроскопах Neophot-21 и Versamet Union.

Анализ макроструктуры отливок из литейного титанового сплава ВТ40Л проводили в соответствии с ПИ1054 «Металлографический анализ титановых сплавов» на шлифах после травления раствором стандартного состава (20% НF+25% НNO₃+55% вода) на установке Wild Heerbrugg Stereo 40/14.

Результаты

При разработке сплава ВТ40Л использован метод комплексного легирования элементами замещения и внедрения. Для расчета прочности сплава применена методика, предложенная профессором Б.А. Калачевым, в основу которой положен алюминиевый прочностной эквивалент.

Большое внимание при получении сплава ВТ40Л уделено дополнительному легированию кислородом и углеродом. В связи с тем что титановая губка содержит 0,04–0,06% (по массе) кислорода, проводили дополнительное легирование кислородом и углеродом. В качестве шихтовых материалов при изготовлении слитка использовались: титановая губка (ТГ110), лигатура АМВТ, алюминий, цирконий, кремний, железо. Все легирующие элементы перед прессованием измельчались и просушивались при температуре 200°С для удаления адсорбционной влаги.

Прессованные электроды получали способом непрерывного прессования шихты в прошивную матрицу с внутренним диаметром 100 мм на прессе с усилием 200 тс.

Режим плавки слитков выбран из расчета объема ванны жидкого металла, чтобы в расплавленном состоянии постоянно находились пять порций шихты. Такой процесс плавки обеспечивает получение стабильного химического состава по всему объему слитка.

При разработке литейного сплава необходимо учитывать его технологические характеристики, которые определяют способность сплава заполнять формы и получать качественные детали по геометрической форме и плотности.

К литейным характеристикам сплава, определяющим его технологичность, относятся: жидкотекучесть, заполняемость, линейная и объемная усадка.

Жидкотекучесть определяет способность сплава в жидком состоянии заполнять канал пробы до остановки жидкого потока металла. Длина залитой пробы определяет текучесть сплава. В сплавах с широким интервалом кристаллизации – жидкотекучесть низкая, сплавы с узким интервалом кристаллизации имеют хорошую заполняемость. Из титановых литейных сплавов наилучшая заполняемость у сплава ВТ5Л (длина залитой пробы составляет 560 мм).

Жидкотекучесть для литейных титановых сплавов определяется по спиральной пробе треугольного сечения шириной 10 мм и высотой 15 мм. Длина спирали для сплава ВТ40Л определялась по трем пробам, залитым в одинаковых условиях. Длина залитых проб составляла 518, 521 и 515 мм. Среднее значение трех проб, равное 517 мм, – это и есть величина жидкотекучести сплава. Литейный титановый сплав ВТ40Л по жидкотекучести близок к сплавам ВТ5Л и ВТ20Л.

В процессе исследования технологических свойств сплава определяли величину линейной усадки. Значение линейной усадки крайне необходимо, чтобы правильно спроектировать литейную оснастку с учетом усадки металла и иметь точную геометрическую форму отливки.

Величина линейной усадки определялась по специальной пробе круглого сечения диаметром 20 мм и длиной 250 мм. Разница между длиной пробы и отливки – это и есть величина усадки, выраженная в процентах. В данном случае усадка сплава равна 1%.

При проектировании пресс-форм для восковых моделей или металлических кокилей необходимо учитывать величину усадки металла при переходе из жидкого в твердое состояние, равную 1%.

Заполняемость – это возможность заполнять тонкие и толстые каналы формы, изготовленной из различных тугоплавких материалов (графита, кокса, электрокорунда), магнезита и оксида циркония, жидким металлом. Заполняемость литейного титанового сплава ВТ40Л находится на уровне аналогичной характеристики сплава ВТ20Л.

Качество получаемых фасонных отливок из титановых сплавов улучшается при использовании инертной керамической формы. С целью повышения инертности применяют комбинированные (многослойные) керамические формы, внутренний слой которых обладает специальными свойствами, снижающими загрязнение металла отливки продуктами взаимодействия.

В процессе проведения эксперимента методом послойного нанесения керамической суспензии на модельные блоки с последующей обсыпкой крупнозернистым порошком электрокорунда и сушкой в потоке воздуха изготовлены керамические формы на основе водного связующего. Прокалку форм проводили в электрической печи с силитовыми нагревателями при температуре 1200°С в течение 5 ч (рис. 1).

Рис. 1. Внешний вид керамических форм

Для определения механических свойств керамической формы изготовлены образцы размером 5×20×40 мм, расчет проводился по формуле: σ_изг=3Pl/(2bh²).

Полученные значения прочности (σ_изг=26,5 МПа) позволяют проводить заливку металла с гравитационным коэффициентом, равным 12.

Плавку и заливку форм проводили на установке ВДЛ-5. Для этого использовали слитки из сплава ВТ40Л, полученные методом вакуумно-дуговой плавки с расходуемым электродом массой 25 кг.

Режим плавки проводили при максимальных параметрах силы тока и напряжения, чтобы иметь повышенную температуру жидкого металла, равную 1850–1900°С.

Заливку форм проводили центробежным методом с учетом влияния повышенного давления центробежных сил на жидкий металл, залитый в форму. Скорость слива металла составляет ~6 с, число оборотов центробежной машины: 100±20 об/мин. Установлено, что для получения плотных тонкостенных отливок (толщина стенки до 2 мм) из литейных титановых сплавов ВТ5Л, ВТ6Л, ВТ20Л, ВТ40Л с минимальным размером пор 0,8 мм центробежное литье необходимо осуществлять при значении гравитационного коэффициента, равном 12. После заливки формы направляли на выбивку, где залитые детали отделяли от формы. Готовые детали подвергались механической обработке.

Внутренние дефекты (усадочные раковины, поры, рыхлоты) отливки из сплава ВТ40Л исследовали методом рентгеновского контроля (рис. 2, а). Для залечивания внутренних дефектов проводят горячее изостатическое прессование (ГИП).

Режимы ГИП определяются на основании данных по температуре полиморфного превращения и должны быть ниже ее (Т_п.п) на 20–30°С. В связи с этим отливки из сплава ВТ40Л подвергают ГИП по следующему режиму: температура в камере прессования 960–970°С, давление 1300–1600 ат, продолжительность выдержки при заданной температуре и давлении 3 ч. Для предотвращения (в процессе ГИП) окисления отливок, установленных в контейнере, от находящегося в аргоне кислорода их сверху накрывали титановой стружкой, которая поглощала кислород.

После проведения ГИП литые заготовки из сплава ВТ40Л подвергали повторному рентгеновскому контролю. В результате контроля установлено, что ранее выявленные дефекты в отливках отсутствуют (рис. 2, б).

Рис. 2. Отливка из сплава ВТ40Л до (а) и после ГИП (б)

Рис. 3. Микроструктура (×300) литой заготовки из сплава ВТ40Л после ГИП

Исследование микроструктуры проводили на образцах после ГИП (рис. 3). Показано, что микроструктура сплава ВТ40Л матовая равноосная или близкая к ней (зона столбчатых кристаллов отсутствует). Видно, что повышение степени легирования титановых сплавов приводит к получению более тонкой пластинчатой структуры. Установлено, что горячее изостатическое прессование (ГИП) отливок из литейного титанового сплава ВТ40Л приводит к изменению морфологии α-фазы в результате процессов рекристаллизации с образованием глобулей размером не более 100 мкм.

Обсуждение и заключения

Применение комплексного легирования при шихтовке сплава ВТ40Л, керамических форм, изготовленных на основе водного связующего, оптимально подобранные режимы выплавки слитков, заливка форм с использованием центробежного метода, горячее изостатическое прессование позволили получить отливки с высоким качеством поверхности и уровнем механических свойств, близким к аналогичным характеристикам деформируемых конструкционных сплавов (σ_в≥1000 МПа).

По результатам проведенных исследований можно сделать вывод, что применение данной технологии позволит получать отливки сложной формы.

ЛИТЕРАТУРА REFERENCE LIST

1. Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. №1 (34). С. 3–33.
2. Каблов Е.Н. Тенденции и ориентиры инновационного развития России: сб. научно-информационных материалов. 3-е изд., перераб. и доп. М.: ВИАМ. 2015. С. 427–430.
3. Каблов Е.Н. Материалы и химические технологии для авиационной техники // Вестник Российской академии наук. 2012. Т. 82. №6. С. 520–530.
3. Тарасов Ю.М., Антипов В.В. Новые материалы ВИАМ − для перспективной авиационной техники производства ОАО «ОАК» // Авиационные материалы и технологии. 2012. №2. С. 5–6.
5. Шмотин Ю.Н., Старков Р.Ю., Данилов Д.В., Оспенникова О.Г., Ломберг Б. С. Новые материалы для перспективного двигателя ОАО «НПО „Сатурн”» // Авиационные материалы и технологии. 2012. №2. С. 6–8.
6. Ильин А.А., Колачев Б.А., Полькин И.С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства: Справочник. М.: ВИЛС–МАТИ, 2009. 520 с.
7. Ночовная Н.А. Перспективы и проблемы применения титановых сплавов / В сб. Авиационные материалы и технологии. Вып. «Перспективы развития и применения титановых сплавов для самолетов, ракет, двигателей и судов»: сб. докладов юбилейного совещания, посвященного 55-летию титановой лаборатории. М.: ВИАМ, 2007. С. 4–8.
8. Ночовная Н.А., Панин П.В., Алексеев Е.Б., Боков К.А. Экономнолегированные титановые сплавы для слоистых металлополимерных композиционных материалов // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2014. №11. Ст. 02. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 17.09.2015). DOI: 10.18577/2307-6046-2014-0-11-2-2.
9. Кочетков А. С., Ночовная Н.А., Боков К.А. Особенности процесса плавки экономнолегированного литейного титанового сплава ВТ40Л // Металлург. 2015. №10. С.81–83.
10. Магницкий О.Н. Литейные свойства титановых сплавов. Л.: Машиностроение, 1968. 65 с.
11. Каблов Д.Е., Панин П.В., Ширяев А.А., Ночовная Н.А. Опыт использования вакуумно-дуговой печи ALD VAR L200 для выплавки слитков жаропрочных сплавов на основе алюминидов титана // Авиационные материалы и технологии. 2014. №2. С. 27–33.
12. Ясинский К.К. Влияние содержания кислорода на механические и технологические свойства литейных титановых сплавов // Титан. 1998. №10. С. 7–12.
13. Калачев Б.А. Основные принципы легирования титановых сплавов // Известия вузов. Цветная металлургия. 1996. №4. С. 14–23.
14. Братухин А.Г., Бибиков Е.Л., Глазунов С.Г. и др. Производство фасонных отливок из титановых сплавов. М.: Изд-во ВИЛС, 1998. 154 с.
15. Андреев А.Л., Аношкин Н.Ф., Бочвар Г.А. и др. Титановые сплавы. Плавка и литье титановых сплавов. М.: Металлургия, 1978. 383 с.
16. Хорев А.И., Белов С.П., Глазунов С. Г. Металловедение титана и его сплавов. М.: Металлургия, 1992. 352 с.
17. Niinomi M. Recent trends in titanium research and development in Japan // Proc. 12th World Conf. on Titanium. 2011. V. I. P. 30–37.
18. Heglei Qu et al. Defects easy occur in VAR titanium ingots // Proc. 12th World Conf. on Titanium. 2011. V. I. P. 126–129.
19. Давыденко Л.В., Белова С.Б., Давыденко Р.А., Егорова Ю.Б. О возможности применения титановых сплавов в автомобилестроении // Автомобильная промышленность. 2010. №10.
С. 41–43.
20. Cui Chunxiang, Hu BaoMin, Zhao Lichen, Liu Shuangjin. Titanium alloy production technology, market prospects and industry development // Materials and Design. 2011. №32. Р. 1684–1691.
21. Zhu J. et al. Influence of boron addition on microstructure and mechanical properties of dental cast titanium alloys // Mat. Sci. & Eng.: A. 2003. V. 339 (1–2). P. 53–62.
22. Schevchenko D.M., Ward R.M. Liquid metal pool behavior during the vacuum arc remelting of INCONEL 718 // Metall. Mater. Trans. B. 2009. V. 40B (6). P. 263.
23. Thamar E. Mora and Swavik A. Spiewak. Prediction of temperature in vacuum arc remelting in the presence of strong disturbances // Journal of Manufacturing Processes. 2003. V. 5. №1. P. 46–53.
24. Анташев В.Г., Ночовная Н.А., Ширяев А.А., Изотова А.Ю. Перспективы разработки новых титановых сплавов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Машиностроение». 2011. №SP2. С. 60–67.
25. Ночовная Н.А., Алексеев Е.Б., Ясинский К.К., Кочетков А.С. Специфика плавки и способы получения слитков интерметаллидных титановых сплавов с повышенным содержанием ниобия // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Машиностроение». 2011. №SP2. С. 53–59.
26. Кашапов О.С., Новак А.В., Ночовная Н.А., Павлова Т.В. Состояние, проблемы и перспективы создания жаропрочных титановых сплавов для деталей ГТД // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2013. №3. Ст. 02. . URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 17.09.2015).

1. Kablov E.N. Innovacionnye razrabotki FGUP «VIAM» GNC RF po realizacii «Strategicheskih napravlenij razvitiya materialov i tehnologij ih pererabotki na period do 2030 goda» [Innovative developments of FSUE «VIAM» SSC of RF on realization of «Strategic directions of the development of materials and technologies of their processing for the period until 2030»] // Aviacionnye materialy i tehnologii. 2015. №1 (34). S. 3–33.
2. Kablov E.N. Tendencii i orientiry innovacionnogo razvitiya Rossii: sb. nauchno-informacionnyh materialov. 3-e izd., pererab. i dop. [Tendencies and reference points of innovative development of Russia: Saturday. scientific information materials. 3rd ed., processed and added]. M.: VIAM, 2015. S. 427–430.
3. Kablov E.N. Materialy i himicheskie tehnologii dlya aviacionnoj tehniki [Materials and chemical technologies for aviation engineering] // Vestnik Rossijskoj akademii nauk. 2012. T. 82. №6. S. 520–530.
3. Tarasov Yu.M., Antipov V.V. Novye materialy VIAM – dlya perspektivnoj aviacionnoj tehkniki proizvodstva OAO «OAK» [The VIAM new materials – for perspective aviation engineering of production of JSC «OAK»] // Aviacionnye materialy i tehnologii. 2012. №2. S. 5–6.
5. Shmotin Yu.N., Starkov R.Yu., Danilov D.V., Ospennikova O.G., Lomberg B.S. Novye materialy dlya perspektivnogo dvigatelya OAO «NPO „Saturn”» [New materials for the perspective engine of JSC «NPO „Saturn”»] // Aviacionnye materialy i tehnologii. 2012. №2. S. 6–8.
6. Ilin A.A., Kolachev B.A., Polkin I.S. Titanovye splavy. Sostav, struktura, svojstva: spravochnik [Titanium alloys. Structure, structure, properties: directory]. M.: VILS–MATI, 2009. 520 s.
7. Nochovnaya N.A. Perspektivy i problemy primeneniya titanovyh splavov [Perspectives and problems of application of titanium alloys] // Aviacionnye materialy i tehnologii: nauch.-tehnich. sb. M.: VIAM, 2007. Vyp. «Perspektivy razvitiya i primeneniya titanovyh splavov dlya samoletov, raket, dvigatelej i sudov»: sb. dokladov yubilejnogo soveshhaniya, posvyashhennogo 55-letiyu titanovoj laboratorii. S. 4–8.
8. Nochovnaya N.A., Panin P.V., Alekseev E.B., Bokov K.A. Ekonomnolegirovannye titanovye splavy dlya sloistyh metallopolimernyh kompozicionnyh materialov [Low-cost alloyed titanium alloys for metal-polymer laminates] // Trudy VIAM: elektron. nauch.-tehnich. zhurn. 2014. №11. St. 02. Available at: http://www.viam-works.ru (accessed: September 17, 2015). DOI: 10.18577/2307-6046-2014-0-11-2-2.
9. Kochetkov A. S., Nochovnaya N.A., Bokov K.A. Osobennosti processa plavki ekonomnolegirovannogo litejnogo titanovogo splava VT40L [Features of melting process of economically alloyed cast VT40L titanium alloy] // Metallurg. 2015. №10. S.81–83.
10. Magnickij O.N. Litejnye svojstva titanovyh splavov [Foundry properties of titanium alloys]. L.: Mashinostroenie, 1968. 65 s.
11. Kablov D.E., Panin P.V., Shiryaev A.A., Nochovnaya N.A. Opyt ispolzovaniya vakuumno-dugovoj pechi ALD VAR L200 dlya vyplavki slitkov zharoprochnyh splavov na osnove aljuminidov titana [The use of ADL VAR L200 vacuum-arc furnace for ingots fabrication of high-temperature titanium aluminides base alloys] //Aviacionnye materialy i tehnologii. 2014. №2. S. 27–33.
12. Yasinskij K.K. Vliyanie soderzhaniya kisloroda na mehanicheskie i tehnologicheskie svojstva litejnyh titanovyh splavov [Influence of the oxygen content on mechanical and technological properties of cast titanium alloys] // Titan. 1998. №10. S. 7–12.
13. Kalachev B.A. Osnovnye principy legirovaniya titanovyh splavov [Basic principles of alloying of titanium alloys] // Izvestiya vuzov. Cvetnaya metallurgiya. 1996. №4. S. 14–23.
14. Bratuhin A.G., Bibikov E.L., Glazunov S.G. i dr. Proizvodstvo fasonnyh otlivok iz titanovyh splavov [Production of mold castings from titanium alloys]. M.: Izd-vo VILS, 1998. 154 s.
15. Andreev A.L., Anoshkin N.F., Bochvar G.A. i dr. Titanovye splavy. Plavka i lite titanovyh splavov [Titanium alloys. Melting and molding of titanium alloys]. M.: Metallurgiya, 1978. 383 s.
16. Horev A.I., Belov S.P., Glazunov S.G. Metallovedenie titana i ego splavov [Metallurgical science of titanium and its alloys]. M.: Metallurgiya, 1992. 352 s.
17. Niinomi M. Recent trends in titanium research and development in Japan // Proc. 12th World Conf. on Titanium. 2011. V. I. P. 30–37.
18. Heglei Qu et al. Defects easy occur in VAR titanium ingots // Proc. 12th World Conf. on Titanium. 2011. V. I. P. 126–129.
19. Davydenko L.V., Belova S.B., Davydenko R.A., Egorova Yu.B. O vozmozhnosti primeneniya titanovyh splavov v avtomobilestroenii [About possibility of application of titanium alloys in automotive industry] // Avtomobilnaya promyshlennost’. 2010. №10.
S. 41–43.
20. Cui Chunxiang, Hu BaoMin, Zhao Lichen, Liu Shuangjin. Titanium alloy production technology, market prospects and industry development // Materials and Design. 2011. №32. Р. 1684–1691.
21. Zhu J. et al. Influence of boron addition on microstructure and mechanical properties of dental cast titanium alloys // Mat. Sci. & Eng.: A. 2003. V. 339 (1–2). P. 53–62.
22. Schevchenko D.M., Ward R.M. Liquid metal pool behavior during the vacuum arc remelting of INCONEL 718 // Metall. Mater. Trans. B. 2009. V. 40B (6). P. 263.
23. Thamar E. Mora and Swavik A. Spiewak. Prediction of temperature in vacuum arc remelting in the presence of strong disturbances // Journal of Manufacturing Processes. 2003. V. 5. №1. P. 46–53.
24. Antashev V.G., Nochovnaya N.A., Shiryaev A.A., Izotova A.Yu. Perspektivy razrabotki novyh titanovyh splavov [Perspectives of development of new titanium alloys] // Vestnik MGTU im. N.E. Baumana. Ser. «Mashinostroenie». 2011. №SP2. S. 60–67.
25. Nochovnaya N.A., Alekseev E.B., Yasinskij K.K., Kochetkov A.S. Specifika plavki i sposoby polucheniya slitkov intermetallidnyh titanovyh splavov s povyshennym soderzhaniem niobiya [Specifics of melting and ways of receiving ingots of intermetallic titanium alloys with the raised content of niobium] // Vestnik MGTU im. N.E. Baumana. Ser. «Mashinostroenie». 2011. №SP2. S. 53–59.
26. Kashapov O.S., Novak A.V., Nochovnaya N.A., Pavlova T.V. Sostoyanie, problemy i perspektivy sozdaniya zharoprochnyh titanovyh splavov dlya detalej GTD [Condition, problems and perspectives of creation of heat resisting titanium alloys for GTE details]. Available at: http://www.viam-works.ru (accessed: September 17, 2015).

Почему так сложно отливать титан?

Знаете ли вы, что литой титан настолько нестабилен, что невосприимчив как к морской воде, так и к химической коррозии? Однако свойства титана, предотвращающие химическую коррозию, являются теми же свойствами, которые мешают общепринятым методам литья.

В чистом виде титан настолько нестабилен, что самопроизвольно реагирует с кислородом, образуя защитный слой оксида титана. Подобные реакции происходят со многими легированными формами титана, включая «хлеб с маслом» аэрокосмической промышленности: Ti6Al4V класса 5.

При нагревании реакция титана с кислородом настолько бурная, что создает большие проблемы в процессе литья. Во время этого процесса расплавленный титан вступает в реакцию даже с минимальным количеством следового количества кислорода, присутствующего в большинстве тугоплавких соединений. Огнеупоры – это материалы, обычно используемые для изготовления форм для литья по выплавляемым моделям. Чрезвычайная реакционная способность титана в сочетании с повсеместным присутствием кислорода в окружающей среде ставит перед производителями задачу эффективного литья титана. Ниже мы обсудим три распространенных метода производства литых компонентов из титана: утрамбованный графит, литье под давлением и литье по выплавляемым моделям.

Утрамбованный графит для литого титана

Одним из методов управления реакционными свойствами титана является изготовление литейных форм из графита, химически инертного материала. Этот конкретный процесс минимизации реакции формы с титаном известен как литье с утрамбованным графитом. Графитовый «песок» сначала смешивают с водой и смоляным сиропом, среди других связующих веществ, а затем утрамбовывают или утрамбовывают по шаблону, чтобы создать форму. Затем графитовую форму высушивают и обжигают, чтобы сжечь связующие материалы, оставив чистую графитовую оболочку. Затем эту оболочку пресс-формы помещают в вакуумную среду, где расплавленный титан заливают в оболочку. После чего он застывает и ему дают остыть. Затем графитовая оболочка отделяется, оставляя окончательный литой титановый продукт.

Из-за относительно грубой текстуры графитового песка процесс с утрамбованным графитом приводит к получению титановых отливок с более грубой поверхностью. В то время как процесс с утрамбованным графитом относительно рентабелен для крупногабаритных отливок, он позволяет получать отливки с низкой детализацией и точностью. Компромисс между допусками точности и стоимостью делает набивной графит экономически выгодным вариантом для многих отраслей, где не требуется точный контроль размеров.

Литье металла под давлением для литого титана

На другом конце спектра от метода утрамбованного графита находится литье под давлением металла или MIM. Тонкоизмельченный титановый порошок смешивают с соответствующими легирующими порошками и смешивают с термопластичным связующим при повышенной температуре. Связующее вещество придает смеси пластичность, позволяя вводить ее в пресс-форму с прецизионной механической обработкой.

Этот процесс впрыска позволяет получить высокоточную форму с жесткими допусками и тонкими деталями. Затем формованная деталь подвергается воздействию растворителей и катализаторов для удаления связующих термопластов. После удаления связующего деталь становится хрупкой, пористой, до 40 % пустого пространства. Затем деталь спекают, чтобы удалить это пустое пространство, нагревая почти до точки плавления и применяя давление. Процесс спекания удаляет объем пор, вызывает существенную усадку детали и затвердевает формованную деталь в твердый титановый сплав, придавая ей окончательную форму.

Процесс MIM предлагает превосходный контроль размеров и очень подробные характеристики. Эти преимущества в сочетании с превосходным качеством поверхности делают MIM идеальным процессом для небольших отливок сетчатой формы, где точность и внешний вид имеют первостепенное значение. Однако многоэтапный процесс MIM сопряжен с высокими затратами и требует значительных первоначальных инвестиций для изготовления пресс-форм для литья под давлением.

Титановое литье по выплавляемым моделям

Мы определили две крайности, связанные с процессами производства литья титана: утрамбованный графит с относительно низкой стоимостью и точностью; и литье металлов под давлением с более высокой точностью, но более высокими затратами.

Однако для многих применений литья титана требуется баланс между этими двумя крайними вариантами. Литье по выплавляемым моделям, также известное как метод литья по выплавляемым моделям, позволяет достичь идеального баланса между точностью и стоимостью. Процесс литья по выплавляемым моделям начинается с изготовления точной восковой модели или модели конечного продукта. Этот узор обычно изготавливается либо литьем под давлением, либо с помощью 3D-печати. Затем рисунок покрывается керамическим материалом, чтобы создать «оболочку» или форму. Форма помещается в печь, где воск расплавляется и сливается из оболочки, оставляя после себя пустую полость в форме окончательной отливки.

Оболочку затем помещают в вакуумную камеру, где концентрация кислорода практически равна нулю. Затем расплавленный титан заливают в керамическую форму, которая заполняет освободившуюся полость оболочки. Титану дают затвердеть и остыть, затем керамическую форму разрушают и удаляют из отливки компонента, обнажая окончательную отлитую титановую деталь.

Хотя это менее дорогостоящий процесс по сравнению с MIM, литье по выплавляемым моделям может производить титановые отливки с достаточно жесткими допусками для сложных и сложных деталей и элементов. Литье по выплавляемым моделям также может обеспечить относительно гладкую поверхность.

Литье по выплавляемым моделям — это очень рентабельный процесс производства литых титановых компонентов почти чистой и заданной формы. Благодаря относительно высокой точности его можно использовать для ограничения ненужных операций обработки и отходов материала. Это делает литье по выплавляемым моделям идеальным процессом, который FS Precision практикует и совершенствует уже более 50 лет! Наши отливки из титана по выплавляемым моделям, соответствующие требованиям NADCAP, отражают приверженность нашей компании высококачественным и экономичным компонентам из титанового сплава.

Если вы хотите узнать больше, посмотрите наше видео о литье по выплавляемым моделям. Или, если вы хотите узнать, как мы можем помочь вам с вашими потребностями в литом титане, нажмите кнопку «Получить предложение» в левом нижнем углу и отправьте нам детали вашего проекта. Мы вышлем вам оценку стоимости и времени выполнения, чтобы помочь вам в процессе разработки вашей программы.

Резюме

Производство литых компонентов из титана является очень сложной задачей из-за чрезвычайно нестабильной природы его элементарной формы. В присутствии кислорода элементарный титан самопроизвольно реагирует с образованием более стабильных соединений оксида титана. Эта реакция становится особенно бурной при повышенных температурах.

Несмотря на эти проблемы, преимущества титана для важных аэрокосмических, подводных и других применений привели к разработке различных методов формирования сложных форм из титановых сплавов.

Литье металлов под давлением (MIM) — хороший метод для небольших форм со сложными деталями, высокой точностью и гладкой поверхностью, таких как ювелирные изделия. MIM включает в себя дорогостоящий многоэтапный процесс с относительно высокими первоначальными вложениями в оснастку
Литье с набивным графитом имеет относительно низкую стоимость по сравнению с MIM, поскольку не требует дорогостоящих первоначальных вложений в оснастку. Однако утрамбованный графит не дает мелких деталей, высокой точности или гладкой поверхности.
Титан, отлитый по выплавляемым моделям, представляет собой идеальную золотую середину для большинства аэрокосмических и подводных применений. Литье по выплавляемым моделям дает достаточно мелкие детали и допуски по разумной цене.

FS Precision является одним из крупнейших поставщиков титанового литья в мире и новым мировым лидером в области литья по выплавляемым моделям для самолетов, вертолетов и космических стартовых систем. Наши сертифицированные AS9100D литейные цеха по выплавляемым моделям расположены в США и на Тайване.

Узнайте больше о титановых отливках FS Precision AS9100D для аэрокосмической отрасли.

Что такое процесс литья титана по выплавляемым моделям?

Опубликовано 1 сентября 2017 г. |

В масштабах промышленной революции процесс литья по выплавляемым моделям из титана можно считать относительно новым методом производства.

Сам процесс литья по выплавляемым моделям, однако, едва ли можно назвать новым изобретением. На самом деле, Lost Wax Method — как его еще называют — используется и постоянно совершенствуется уже более 5000 лет! В ранние эпохи формы для литья по выплавляемым моделям производились путем вырезания из пчелиного воска сложных скульптур, которые затем превращались в бронзу или медь с использованием процесса литья по выплавляемым моделям.

Хотя процесс развивался на протяжении веков, основные элементы процесса литья по выплавляемым моделям остались в основном неизменными. Однако за последние несколько десятилетий некоторые аспекты, в том числе «искусственный» контроль атмосферы, были усовершенствованы, чтобы сделать возможным ранее непрактичный процесс литья титана по выплавляемым моделям.

В последующие века процесс совершенствовался и настраивался. В рамках своего быстрого расширения на рынке титановых аэрокосмических отливок компания FS Precision довела процесс до высочайших стандартов качества и контроля. В FS Precision управление технологическим процессом по методу «шесть сигм» и постоянное совершенствование присутствуют во всех аспектах наших процессов планирования и производства.

Восковые модели для литья по выплавляемым моделям

На начальном этапе процесса литья по выплавляемым моделям сначала создается восковая модель — или «выкройка» — продукта, которая отражает всю сложность и сложность конструкции компонента. В FS Precision мы изготавливаем этот шаблон методом литья под давлением. Литье под давлением обеспечивает стабильный и воспроизводимый процесс производства моделей, способствуя созданию высокоэффективной технологической линии литья титана по выплавляемым моделям.

Помимо литья под давлением, FS Precision может обрабатывать восковые модели на станках с ЧПУ или 3D-печатью. Это позволяет нам поддерживать ограничения по стоимости для некоторых программ наших клиентов с небольшим объемом, где затраты на инструменты могут быть экономически нецелесообразными.

Древнее литье по выплавляемым моделям

Керамическая форма

Следующим этапом процесса литья по выплавляемым моделям из титана является объединение нескольких из этих моделей в так называемое «дерево» — с использованием техники, известной как сварка водой, — так, чтобы несколько отливки могут производиться одновременно. Сварка водой показана в нашем видео о литье по выплавляемым моделям. Затем дерево погружают в чан с вязкой керамической смесью. Позже эта суспензия затвердевает, образуя твердую внешнюю оболочку, которая в конечном итоге будет использоваться в качестве формы для процесса литья.

После погружения и сушки дерево затем помещают в высокотемпературную печь, чтобы восковые модели можно было расплавить и слить из формы. Остается пустое дерево с несколькими формами окончательной конструкции для производства титанового литья по выплавляемым моделям.

Расплавленный титан

После нескольких шагов дерево помещается в нашу печь вакуумно-дугового переплава (ВДП), где электрическая дуга используется для плавления электрода из титанового сплава. По мере плавления расплавленный титан собирается в тигле, расположенном над литейным деревом. Как только титан полностью расплавится, тигель наклоняют, позволяя расплавленному титану стекать вниз в литейную форму. Вы можете узнать больше об этих шагах из нашей статьи и видео, объясняющих процесс литья титана.

Процессы после литья

После заливки расплавленного титана ему дают остыть и затвердеть. После затвердевания керамическая форма больше не нужна, поэтому ее разрушают, чтобы можно было извлечь готовую отливку. Это дает дерево почти готовых титановых отливок по выплавляемым моделям. Каждая из этих отливок представляет собой виртуальную точную копию оригинальной восковой модели. Остается только окончательная обработка после отливки, в зависимости от требований заказчика.

Многие процессы и проверки после литья определяются стандартами AMS и/или ASTM. Применимость этих различных наборов спецификаций обычно зависит от конечного применения титанового литья по выплавляемым моделям. Производим ли мы титановые отливки для аэрокосмической отрасли или отливки для подводного, химического или общепромышленного применения; FS Precision имеет большой опыт производства в соответствии с этими и другими спецификациями.

Весь процесс литья титана по выплавляемым моделям в FS Precision представляет собой экономически эффективную и воспроизводимую процедуру, позволяющую предоставить нашим клиентам замечательные свойства титана.

Если вы хотите узнать, как мы можем помочь вам с вашими потребностями в титановых отливках по выплавляемым моделям, нажмите кнопку ниже и отправьте нам детали вашего проекта. В большинстве случаев мы можем ответить в течение 1-2 рабочих дней с оценкой стоимости и времени выполнения, чтобы помочь вам в процессе разработки вашей программы. FS Precision отличается от всех других продуктов в отрасли, потому что мы делаем все возможное на ранних стадиях вашего процесса, чтобы помочь вам и вашей команде разработчиков создать оптимальное решение.

TOP HEADLINES