铸钛 - 它是如何制作的?

为什么它对铸造钛是如此挑战?

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。

铸造钛的夯实石墨

一种管理钛的反应性能的一种方法是用石墨,化学惰性材料制备铸造模具。最小化与钛的模具反应最小化的特定方法是已知为撞击石墨铸件。首先将石墨“沙子”与水和沥青糖浆混合 - 在其他粘合剂中 - 然后夯实 - 或夯实 - 抵抗图案以产生模具。然后将石墨模具随后干燥并烘烤以烧掉粘合材料,留在纯石墨壳后面。然后将该模壳置于真空环境中,然后将熔融钛倒入壳中。之后它凝固并被允许冷却。然后将石墨壳破裂,离开最终铸钛产品。

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。

金属注射成型用于铸造钛

在垃圾石墨方法的另一端在频谱的另一端是金属注射成型,或mim。用适当的合金粉末混合精细研磨的钛粉末,并在升高的温度下与热塑性粘合剂混合。粘合剂将可塑性添加到混合物中,使其注入精密加工模具中。

该喷射过程产生高精度的形状,具有紧密的公差和细小功能。然后将模塑部分暴露于溶剂和催化剂中以除去粘合的热塑性塑料。除去粘合剂后,部分是脆弱的,多孔的,最多40%的空空间。然后将该部件烧结以通过加热到几乎其熔点和施加压力来除去该空的空间。烧结过程除去孔体积,使得部件基本上收缩,并用其最终形状固化成固体钛合金。

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。

钛投资铸造

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;和金属注射成型具有更高的精度但成本更高。

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。

虽然相对于MIM是一种较低的成本过程,但投资铸造可以生产钛铸件,具有合理密封的耐受性,可用于复杂和复杂的细节和特征。投资铸造也可以产生相对光滑的表面光洁度。

投资铸造是一种非常具有成本效益的工艺,生产近网和净形铸钛部件。由于其相对较高的精度,可用于限制不必要的加工操作和材料浪费。这使得投资铸造了一个理想的过程,即FS精度已经练习和改善了50多年!我们的itar和nadcap兼容近网钛投资铸件代表我们公司对高质量和经济高效的钛合金组件的承诺。

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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,但钛的批评航空航天,防御,海底和其他应用的益处导致了在钛合金中形成复杂形状的各种方法的发展。

  1. 金属注塑成型(MIM)是具有复杂细节,精度高,表面处理的小型形状的良好方法,如珠宝。MIM涉及一种昂贵的多步过程,具有相对较高的工具初始投资
  2. 与MIM相比,夯实石墨铸件的成本相对较低,因为它不需要昂贵的初始工具投资。然而,夯实石墨不会产生精细细节,高精度或光滑的表面光洁度。
  3. 投资铸造钛达到大多数航空航天,国防和海底应用的理想中间地面。投资铸件以合理的成本产生合理的细节和宽容。

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