铸钛-它是如何制造的?

为什么铸造钛如此具有挑战性?

你知道吗,铸钛非常不稳定,不受海水和化学物质的腐蚀。钛的性质防止化学腐蚀然而,正是这些特性混淆了普通铸造技术。

纯钛非常不稳定,它会与氧气自发反应,形成氧化钛保护层。类似的反应也发生在许多钛合金上,包括航空航天工业的“面包和黄油”:5级Ti6Al4V。

当它被加热时,钛与氧气的反应是如此剧烈,这给铸造过程带来了巨大的挑战。在这个过程中,熔融的钛与存在于大多数难熔化合物中的微量氧发生反应。耐火材料是生产熔模模具的典型材料。钛的极端反应性,加上环境中无处不在的氧气,给制造商有效铸造钛带来了挑战。我们将在下面讨论生产铸造钛组件的三种常见技术:冲压石墨、金属注射成型和熔模铸造。

铸造钛用冲压石墨

一种管理钛反应性的方法是用石墨(一种化学惰性材料)来生产模具。这个减少钛与霉菌反应的特殊过程被称为撞击石墨铸造。首先将石墨“砂”与水和沥青糖浆以及其他粘合剂混合,然后将其捣固或夯实,形成一个模型。随后,石墨模具被干燥和烘烤,燃烧掉粘合材料,留下一个纯石墨外壳。这个模具壳,然后放入真空环境,熔化的钛,然后倒入壳。之后它凝固并冷却。然后,石墨外壳被打破,留下最终的铸造钛产品。

由于石墨砂的纹理相对粗糙,夯实石墨工艺倾向于生产表面粗糙度较粗的钛铸件。虽然冲压石墨工艺对于大型铸件来说相对划算,但它生产的铸件细节和精度都很低。在精度公差和成本之间的权衡,使夯实石墨是一个经济可行的选择,在许多行业,精确的尺寸控制是不需要的。

铸造钛的金属注射成型

在光谱的另一端,从夯实石墨法是金属注射成型或假正经的。细磨的钛粉与适当的合金粉末混合,并在高温下与热塑性粘合剂混合。粘合剂增加了混合物的可塑性,使其能够被注射到精密加工的模具中。

这种注射过程产生了一个高精度的形状与紧密的公差和优良的特点。然后将成型的部件暴露在溶剂和催化剂中以除去粘合性热塑性塑料。去除粘结剂后,该部件易碎,多孔,空白处高达40%。然后,通过加热到接近熔点并施加压力,对零件进行烧结,以消除空隙。烧结过程消除了孔隙体积,使零件大幅收缩,并将成型零件固化为具有最终形状的固体钛合金。

MIM工艺提供了优秀的尺寸控制和非常详细的特征。这些优点与优异的表面光洁度相结合,使得MIM成为精密和外观至关重要的小型净形铸件的理想工艺。然而,多步骤的MIM工艺成本高,需要大量的初始投资来制造注塑模具。

钛熔模铸造

我们已经确定了与铸造钛生产过程相关的两个极端:撞击石墨,成本和精度相对较低;和金属注射成型精度更高,但成本更高。

然而,许多铸钛应用需要在这两种极端选择之间取得平衡。熔模铸造-也称为失蜡法-实现了精度和成本之间的理想平衡。熔模铸造过程始于生产一个精确的蜡模型或图案的最终产品。这种模式通常是通过注射成型或3D打印。然后在图案上涂上一层陶瓷材料,创造一个“外壳”——或模具。模具被放入熔炉中,蜡被熔化并从外壳中排出,留下一个最终铸件形状的空腔。

然后将外壳放入真空室,在那里氧气的浓度几乎为零。然后将熔化的钛倒入陶瓷模具中,填充空出的壳腔。钛被允许凝固和冷却,然后陶瓷模具被破坏并从组件铸件中取出,露出最终铸造的钛部分。

虽然与MIM相比,熔模铸造的成本较低,但它可以生产出复杂和复杂的细节和特征具有合理的紧密公差的钛铸件。熔模铸造也能产生相对光滑的表面光洁度。

熔模铸造是一种极具成本效益的生产近净形和净形钛合金铸件的工艺。由于其相对较高的精度,它可以用来限制不必要的加工操作和材料浪费。这使得投资铸造的一个理想的过程,FS精密已经实践和改进超过50年!我们的ITAR和NADCAP兼容近净58必威网 代表了我公司对高品质、高性价比钛合金组件的承诺。

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总之

生产铸造钛组件是非常具有挑战性的,因为它的元素形式非常不稳定。在氧的存在下,元素钛会自发反应生成更稳定的氧化钛化合物。这种反应在温度升高时变得特别剧烈。

尽管存在这些挑战,但钛在航空航天、国防、海底和其他领域的应用带来了各种各样的钛合金成形方法。

  1. 金属注射成型(MIM)是一种处理小形状复杂、精度高、表面光洁度好的方法,如首饰。MIM涉及一个昂贵的多步骤过程,在模具上的初始投资相对较高
  2. 与MIM相比,冲压石墨铸造的成本相对较低,因为它不需要昂贵的初始工装投资。然而,夯实石墨不能产生精细、高精度或光滑的表面光洁度。
  3. 熔铸钛为大多数航空航天、国防和海底应用提供了理想的中间地带。熔模铸造以合理的成本产生合理的细部和公差。

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