Schmelz- und Gießverfahren für Titan und Titanlegierungen
Titan ist ein sehr reaktives Metall. Im flüssigen Zustand reagiert es sehr schnell mit Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff und Kohlenstoff. Daher muss das Schmelzen von Titanlegierungen unter dem Schutz eines höheren Vakuums oder eines Inertgases (Argon oder Neon) durchgeführt werden. Die zum Schmelzen verwendeten Tiegel sind allesamt wassergekühlte Kupfertiegel. Es gibt drei Hauptmethoden für bestimmte Schmelzprozesse: (1) Schmelzen im Lichtbogenofen mit nicht verbrauchbarer Elektrode. Das Schmelzen von Legierungen erfolgt unter dem Schutz von Vakuum oder Inertgas. Der Prozess bereitet hauptsächlich Elektroden durch Schmelzen von Verbrauchselektroden vor. (2) Beim Schmelzen im Vakuum-Lichtbogenofen mit verbrauchbarer Elektrode wird eine verbrauchbare Elektrode aus Titan oder einer Titanlegierung als Kathode und ein wassergekühlter Kupfertiegel als Anode verwendet. Die geschmolzene Elektrode gelangt in Form von Tröpfchen in den Tiegel und bildet ein Schmelzbad. Die Oberfläche des Schmelzbades wird durch den Lichtbogen erhitzt und befindet sich immer in flüssigem Zustand. Der Boden und die Peripherie des Tiegels werden zum Abkühlen gezwungen, was zu einer Kristallisation von unten nach oben führt. Das geschmolzene Metall im Schmelzbad erstarrt und wird zu einem Titanbarren. (3) Schematische Darstellung der Vakuum-Verbrauchselektroden-Koagulationsschalenschutz-Schmelzschmelzvorrichtung. Dieser Schmelzofen wurde auf Basis eines Vakuum-Lichtbogenofens mit verbrauchbarer Elektrode entwickelt. Es handelt sich um einen Ofentyp zum Gießen von Sonderformteilen in Kombination mit Schmelz- und Schleuderguss. Sein größtes Merkmal ist, dass sich zwischen dem wassergekühlten Kupfertiegel und der Metallschmelze eine feste dünne Hülle aus einer Titanlegierung befindet, die sogenannte erstarrte Hülle. Diese Schicht aus erstarrter Hülle aus demselben Material dient als Innenauskleidung des Tiegels und bildet ein Schmelzbad zur Speicherung der Titanflüssigkeit. , um die Verschmutzung des Tiegels durch die Titanlegierungsflüssigkeit zu vermeiden. Nach dem Abgießen kann eine im Abfall verbliebene erstarrte Schale weiterhin als Tiegelauskleidung verwendet werden.
In den letzten Jahren wurden mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie und den Anforderungen der Produktion neue Methoden und Geräte zum Schmelzen aktiver Metalle wie Titanlegierungen erforscht und entwickelt, darunter hauptsächlich Elektronenstrahlöfen, Plasmaöfen und Vakuuminduktionsöfen. und wurde bis zu einem gewissen Grad angewendet. Beim Vergleich technischer und wirtschaftlicher Indikatoren wie Stromverbrauch, Schmelzgeschwindigkeit und Kosten ist das Schmelzen im Elektrolichtbogenofen (einschließlich Mantelofen) mit Verbrauchselektroden jedoch immer noch das wirtschaftlichste und anwendbarste Schmelzverfahren. Aufgrund der physikalischen und chemischen Eigenschaften von Titan stellt der Gießprozess von Titanlegierungen besondere Anforderungen und Besonderheiten hinsichtlich der Menge der Formmaterialien und der Prozessmethoden. Das eine ist das Formmaterial, das eine sehr hohe Feuerfestigkeit erfordert; Zum anderen muss das Gießen unter dem Schutz eines relativ hohen Vakuums oder Inertgases erfolgen, und manchmal ist auch Zentrifugalkraft erforderlich. Das Schalenmaterial ist unterschiedlich und die Fusionsschale ist in drei verschiedene Systeme unterteilt.
(1) Schalensystem aus reinem Graphit. Als feuerfestes Füll- und Schleifmaterial wird Graphitpulver mit unterschiedlichen Partikelgrößen und als Bindemittel Harz verwendet. Das Gehäuse zeichnet sich durch hohe Festigkeit, geringes Gewicht, niedrige Kosten und eine breite Rohstoffquelle aus. Geeignet für Zentrifugal- oder Schwerkraftgießen.
(2) Oberflächenschalensystem aus feuerfestem Metall. Es handelt sich um ein Verbundsystem, mit der Ausnahme, dass die Oberflächenschicht aufgrund unterschiedlicher Formmaterialien (feuerfeste Metalle wie Wolframpulver) ein spezielles Verfahren erfordert, während die Rückseitenschicht vom Formmaterial bis zum Feinguss mit dem Stahlguss übereinstimmt. Prozess der Muschelherstellung.
(3) Oxidkeramisches Schalensystem. Sowohl die Oberflächenschicht als auch die Rückschicht der Formschale verwenden Oxid als Formmaterial, sodass die Formschale eine hohe Festigkeit aufweist und die Wärmeleitfähigkeit die kleinste unter den drei Formschalen ist, was zum Gießen dünnwandiger Gussteile mit komplexer Form geeignet ist Formen.
Die mit den oben genannten drei Schalensystemen gegossenen Titangussteile unterscheiden sich kaum in der chemischen Zusammensetzung und den mechanischen Eigenschaften; Die Oberflächenqualität unterscheidet sich jedoch erheblich und die Schrumpfungsrate der beiden letztgenannten Schalen ist deutlich geringer als die von Graphitschalen, sodass die Maßhaltigkeit der Gussteile schlecht ist.
