Titán a jeho zliatiny patria medzi kovy, ktoré sa najťažšie odlievajú, no komponenty z odlievaného titánu sú nepostrádateľné v kozmickom, námornom, chemickom spracovaní a lekárskych zariadeniach. Problém je spôsobený extrémnou reaktivitou titánu s kyslíkom, dusíkom a väčšinou formovacích materiálov pri zvýšených teplotách. Tento článok vysvetľuje, ako sa vlastne vyrábajú titánové odliatky, aké systémy foriem a technológie tavenia sa používajú a ako sa overuje kvalita voči ASTM B367.
Prečo je odlievanie titánu iné
Roztavený titán agresívne reaguje so vzduchom a s bežnými žiaruvzdornými formovacími materiálmi. Z toho vyplývajú tri dôsledky:
Tavenie sa musí vykonávať vo vákuu alebo v inertnej atmosfére.Tavenie na vzduchu- by absorbovalo kyslík a dusík, čo by skrehlo odliatok.
Formovacie materiály musia byť žiaruvzdorné a chemicky stabilné.Reaktívne zložky plesní by redukoval titán a povrch by kontaminoval puzdrom alfa obohateným o kyslík-.
Odstránenie povrchu-po odliatí je povinné.Povrchová vrstva bohatá na kyslík- (alfa puzdro) sa musí odstrániť opracovaním alebo chemickým frézovaním, pretože je tvrdá a krehká.
Technológie tavenia
Komerčnému odlievaniu titánu dominujú dva spôsoby tavenia:
Pretavovanie vákuovým oblúkom (VAR):Spotrebná elektróda sa roztaví vo vákuu do vodou-chladeného medeného téglika. VAR poskytuje čistú, homogénnu taveninu a je najpoužívanejšou priemyselnou cestou.
Tavenie v studenom krbe (CHM) s elektrónovým lúčom alebo plazmou:Tavenina sa uchováva vo vodou-chladenom medenom ohnisku, ktoré odstraňuje inklúzie s vysokou-hustotou (ako je volfrám zo šrotu) a inklúzie s nízkou{2}}hustotou (ako sú nitridy). CHM sa uprednostňuje pre rotujúce letecké komponenty.
Formovacie systémy
Investičné odlievanie (stratený-vosk).je najbežnejším procesom výroby titánu. Voskový vzor je potiahnutý viacerými keramickými kašami, vosk je odstránený autoklávovaním a forma je vypálená. V prípade titánu je povrchová vrstva zvyčajne na báze oxidu zirkoničitého alebo ytria namiesto oxidu kremičitého, pretože oxid kremičitý je redukovaný roztaveným titánom. Investičný odliatok poskytuje vynikajúcu rozmerovú presnosť (zvyčajne CT6–CT7 podľa ISO 8062) a hladké povrchy a používa sa pre zložité diely, ako sú obežné kolesá, konzoly a protetické implantáty.
Lisovanie z vtláčaného grafituje lacnejší spôsob{0}}pre väčšie alebo jednoduchšie tvary. Forma sa vyrába ubíjaním žiaruvzdorného materiálu na báze grafitu- okolo vzoru a následným vypaľovaním. Odolnosť voči tepelným šokom je dobrá a týmto spôsobom sa často vyrábajú veľké námorné alebo chemické súčiastky s kompromisom-v povrchovej úprave a rozmerovej tolerancii (zvyčajne CT8–CT10).
Odstredivé liatieotáča formu, kým kov tuhne, čím sa zlepšuje plnenie tenkých častí a smerová hustota. Používa sa na krúžky, objímky a iné osovo symetrické časti zo zliatin odolných voči korózii-.
Bežné odlievacie zliatiny
| Zliatina | Typické použitie | Charakteristika |
|---|---|---|
| Komerčne čistý Ti (Gr 1–4) | Chemické nádoby, námorný hardvér | Najlepšia odolnosť proti korózii; stredná sila |
| Ti-6Al-4V (Gr 5) | Letecké držiaky, chirurgické implantáty | Vysoká pevnosť, dobrý únavový výkon |
| Ti-6Al-4V ELI (Gr 23) | Kryogénne a implantačné aplikácie | Vylepšená-odolnosť pri nízkych teplotách |
| Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo | Komponenty motora | Odolnosť proti tečeniu pri vysokej{0} teplote |
Zlievateľnosť, zvárateľnosť a odozva tepelného spracovania- sa medzi zliatinami alfa, alfa-beta a takmer{2}}beta líšia; Výber zliatiny by sa mal potvrdiť vzhľadom na prevádzkovú teplotu komponentu, spektrum zaťaženia a korózne prostredie.
Kontrola kvality
Odliatky sa zvyčajne dodávajú doASTM B367(odliatky z titánu a zliatin titánu) s doplnkovým rádiografickým, farbiacim-penetračným a mechanickým testovaním. Kľúčové kontroly zahŕňajú:
Overenie chemického zloženia spektrochemickou analýzou.
Rádiografické vyšetrenie (referenčné rádiografy ASTM E155) na zmršťovanie, pórovitosť a inklúzie.
Kontrola penetračných náterov na povrchové diskontinuity.
Mechanické skúšanie samostatne odlievaných skúšobných tyčí po rovnakom tepelnom spracovaní ako odliatok.
Kontrola hĺbky prípadu alfa-a overenie odstránenia.
Izostatické lisovanie za tepla (HIP) je bežne špecifikované pre kritické letecké a medicínske odliatky na uzavretie vnútornej pórovitosti a zlepšenie únavovej životnosti.
Poradenstvo pri výbere a nákladoch
Investičné liatie ponúka najlepšiu presnosť a konečnú úpravu, ale najvyššie náklady na nástroje. Lisovanie z vtláčaného grafitu vyhovuje väčším, jednoduchším dielom a menším objemom. V prípade prototypovej práce aditívna výroba vzoru nasledovaná investičným liatím skracuje dobu prípravy. Pri výbere zlievarne overte jej schopnosť tavenia (VAR alebo CHM), jej skúsenosti s cieľovou zliatinou a jej zhodu s úrovňou kontroly požadovanej vašou aplikáciou.
