I. Turnare cu investiții: Arta modelării cu precizie. Turnarea cu investiții (turnare cu investiții) realizează formarea cu precizie printr-o structură compozită de material de turnare fuzibil și înveliș refractar: 1. Pregătirea matriței: O matriță pe bază de ceară sau rășină este realizată pentru a semăna cu piesa la scară 1:1. 2. Construcție înveliș: șlam refractar (cum ar fi pulberul de siliciu aplicat repetat pe suprafață) matriță pentru a forma 10-15 straturi de înveliș cu o grosime de 5-8 mm. 3. Deformare și ardere: materialul de turnare este îndepărtat cu abur sau ulei fierbinte, iar carcasa este întărită prin ardere la temperatură înaltă la 900-1050 de grade . 4. Protecție sub gaz de titan, topit în vid, aloi inert sau turnare: 1650-1750 de grade este injectat în carcasă. Acest proces poate obține un finisaj al suprafeței de Ra1.6μm, o precizie dimensională de gradul CT4-CT5, iar rata de utilizare a materialului este crescută cu mai mult de 40% în comparație cu forjarea tradițională. Este deosebit de potrivit pentru producerea de piese structurale complexe, cum ar fi palete de turbine și îmbinări artificiale.
II. Provocările „Zona interzisă de material” în turnarea aliajelor de titan: Activitatea chimică a aliajelor de titan în stare topită duce la trei provocări tehnice majore: 1. Reacția interfeței: Difuzia interfațală are loc cu materiale de înveliș obișnuite (cum ar fi SiO₂ și Al₂O₃), formând o -caz de deteriorare a temperaturii stratului de șoc instantanee:{3} deteriorare instantanee 200-300 de grade în timpul turnării cu titan topit provoacă crăparea carcasei. 3. Contaminarea cu gaze: absorbția umidității și a gazului din carcasă duce la defecte de porozitate în turnare. Studiu de caz: La turnarea unei anumite lame de motor aero-, carcasa tradițională de Al₂O₃ a dus la un strat de carcasă de 0,2 mm grosime pe suprafața de turnare, necesitând cinci procese suplimentare de prelucrare pentru îndepărtare, rezultând o rată de pierdere a materialului de până la 35%.
III. Descoperiri inovatoare în materialele de înveliș Pe baza caracteristicilor aliajelor de titan, cercetătorii au dezvoltat trei tipuri de sisteme speciale de materiale de înveliș: 1. Sistemul de materiale refractare carbonice Material reprezentativ: Grafit artificial (cocs de petrol + smoală calcinată la 2800 de grade) Avantaje: • Refractaritate în vid; 2,5×10⁻⁶/grad • Rezistența crește odată cu temperatura (atingând 80MPa la 1000 de grade) Limitări: • Rata de creștere a greutății de oxidare ajunge la 0,8 mg/cm²·h (1000 de grade) • Conductivitate termică de până la 80W/(m·K), {12}îmbunătățirea cu ușurință a microfisurilor la suprafață. Folosirea unui strat de Y₂O₃ pe suprafața de grafit reduce rata de oxidare cu 70%, crescând rata de calificare a turnării la 92%. 2. Sistemul Ceramic Oxid Material Gradient Design:
Parametri cheie:
• Porozitatea suprafeței < 8%
• Rezistență la încovoiere la temperatură -înaltă > 15 MPa (1600 de grade)
• Rezistență la șoc termic (răcire cu apă 1100 grade) > 20 de cicluri
Efectul aplicației: La turnarea unei carcase intermediare pentru un anumit tip de motor aero-, utilizarea acestui sistem a îmbunătățit acuratețea dimensională a turnării de la ±0,3 mm la ±0,1 mm și a redus toleranța de prelucrare cu 60%. 3. Soluție inovatoare pentru sistemul metalic refractar: • Acoperire superioară: Folosește stratul de acoperire cu dimensiunea de tungsten {5}μ{mw) sistem sol de ytriu, realizând un nivel de stabilitate chimică de 9 (0-10). • Întărirea stratului din spate: Structura de armare din plasă din molibden mărește rezistența la impact a carcasei de 3 ori. Descoperiri tehnice: • După contactarea aliajului de titan TC4 la 1700 de grade timp de 240 de secunde, grosimea stratului de reacție a interfeței este<15μm. • The casting surface roughness Ra is <0.8μm, achieving a mirror finish. Typical Application: Casting of artificial acetabular cups in the biomedical field, achieving "near-net-shape forming" without the need for subsequent polishing.
Turnarea din aliaj de titan, cunoscută și ca metoda de turnare cu-ceară pierdută, implică crearea unei matrițe de ceară, acoperirea acesteia cu material refractar, încălzirea pentru a îndepărta ceara, turnarea în titan topit și apoi răcirea pentru a obține piese din aliaj de titan de înaltă precizie. Această tehnologie este potrivită în special pentru realizarea de componente de formă-complexă cu cerințe de înaltă precizie, cum ar fi paletele de turbină pentru motoarele aero-și îmbinările artificiale, reducând semnificativ risipa de material și prelucrarea ulterioară.
Fluxul principal al procesului:
Pregătirea matriței: Creați o matriță de investiție 1:1 a piesei folosind ceară sau rășină.
Construcția carcasei: Aplicați în mod repetat șlam refractar (cum ar fi sol de silice cu pulbere de corindon) pe matrița de investiție pentru a forma o înveliș de 10-15 straturi, de 5-8 mm grosime.
Deformare și ardere: Îndepărtați matrița de ceară folosind abur sau ulei fierbinte, apoi trageți coaja la o temperatură ridicată de 900-1050 de grade.
Turnare: Turnați aliajul de titan topit la 1650-1750 de grade sub vid sau protecție cu gaz inert.
Avantaje tehnice:
Precizie ridicată: Precizia dimensională atinge nivelul CT4-CT5, finisarea suprafeței Ra1.6μm.
Utilizare ridicată a materialelor: cu peste 40% mai mare decât forjarea tradițională.
Potrivit pentru piese complexe: capabil să turneze piese cu-pereți subțiri, cu structura-complexă.
Aplicații industriale
Aerospațial: componente ale motoarelor de aeronave, părți structurale aerospațiale.
Biomedicale: Articulații artificiale, proteze dentare.
Alte domenii: elice de nave, piese structurale de rachete etc.
Provocări și descoperiri tehnologice
Provocări: Reactivitatea ridicată a titanului topit îl face predispus să reacționeze cu carcasa matriței pentru a forma un strat fragil și, de asemenea, poate crăpa sau dezvolta porozitate din cauza șocului termic.
Descoperiri: Au fost dezvoltate noi materiale, cum ar fi carcase de matriță armate cu plasă de molibden și carcase de matriță din ceramică cu oxid (cum ar fi oxidul de zirconiu), îmbunătățind calitatea și performanța turnărilor.
Tendințe viitoare
Tehnologia se dezvoltă către costuri mai mici, o calitate mai bună și soluții mai ecologice. Noile materiale și optimizarea proceselor (cum ar fi simularea digitală a gemenelor) sunt domenii cheie, iar aplicațiile viitoare vor fi și mai largi.
