Литье титана

Характеристика литья по готовым моделям, что нужно знать

Можно уточнить, что литье по моделям имеет долгую историю. Хороши знакомы популярные примеры литья пушек, колоколов

Такая современная технология обладает некоторыми особенностями, на которые стоит обратить внимание. К ним относится:

  1. Одна модель служит для получения одной отливки, не более, так как в процессе создания формы она полностью вытапливаеться;
  2. Тонкостенные и неразъемные формы потребуются для заливки металла. Эти формы получаются при помощи нанесения специального покрытия, дальнейшей сушки и вытапливания модели;
  3. Формовочная смесь напоминает суспензию, которая состоит из особого связующего раствора и материала, отличающегося огнеупорностью;
  4. Хорошее качество поверхности отливаемого изделия (благодаря применению материалов с особой огнестойкостью);
  5. Точность отпечатка: можно добиться при повышении температуры заливаемого металла.

Литьё по выплавляемым моделям: особенности и преимущества способа

Шероховатость на поверхности изделия напрямую зависит от толщины изделия

Важно уточнить еще один момент — изготовление моделей для литья, это обязательный процесс в литейном производстве

Такая модель представляет собой совершенный и оригинальный шаблон создаваемого изделия во всех размерах. Основной секрет получения положительного результата. Качество готового изделия непосредственно зависит от качества формы для литья. Именно по этой причине данный этап имеет огромное значение.

Необходимо помнить, что литье по выплавляемым моделям должно быть выполнено строго в соответствии с основными требованиями и правилами, предъявленными к технологии производства.

Профессионалы в работе используют только проверенное оборудование, благодаря которому можно получить готовую оснастку в короткий отрезок времени, в полном соответствии с требованиями.

Перед тем как приступить к работе нужно выбрать подходящий по всем характеристикам материал. Процесс производства выполняется в автоматическом режиме, на предприятии осуществляется постоянный контроль.

Это позволяет избежать погрешностей при изготовлении форм и элементов. Металлическая литейная оснастка отличается долговечностью, прочностью, обеспечивает высокую размерную точность по сравнению с другими материалами.

Электронная почта: mgn.ivan@gmail.com

Точность и сложность конфигурации

Каждая модель формы для литья отличается точностью, необычной интересной конфигурацией. Необходимые модели или звенья собирают в единое целое.

Каждый блок моделей состоит из звеньев. Производство отливок популярным способом находит свое применение в разных областях: приборостроении или машиностроении.

При использовании такого метода литья значительно уменьшается расход металла, сокращается потребность в активном поиске рабочих с высокой квалификацией. С данном процессом справиться ответственный специалист, подробно изучивший основные правила.

Благодаря современному способу перед конструкторами открываются новые возможности проектировать достаточно непростые конструкции. Кроме того, литье по моделям формы позволяет изменить габариты изделий.

Можно сделать вывод, что благодаря данному процессу можно создать детали невыполнимые никаким другим способом.

По мере развития данного способа постепенно усложнялась конструкция изготовляемых отливок. Отливки создаются почти из всех распространенных литейных сплавов (легированных, жаростойких). При выборе сплава необходимо:

заранее продумать основные требования к используемому материалу;
объединить все характеристики с учетом условий службы элементов;
после этого уточнить конкретную марку сплава;
обратить особое внимание на свойства, близкие к требуемым.

Таким образом, из всех технологий литья, метод по выплавляемым моделям является достаточно популярным и востребованным. Он обладает множеством преимуществ и особенностей.

Формы создаются с применением выжигаемых моделей однократного применения. Процесс сушки состоит из двух этапов: собственной сушки и отвержения пленки вещества. Легкоплавкие составы легко и просто удаляют в горячей воде, для этого используют горячий пар.

Точность и высокое качество литья можно добиться именно благодаря данному методу. В этом уже убедились миллионы производителей. Жесткость оболочки — отличительная черта литья по выплавляемым моделям. Все плюсы работы подчёркивают популярность процедуры.

Химические сплавы

Интерметаллические (химические) титановые сплавы основаны на так называемой интерметаллической фазе. Технический интерес представляют TiAl, Ti3Al, Al3Ti и Ti2AlNb. Свойства интерметаллидов находятся между керамикой и металлами. TiAl – жаропрочные титановые сплавы, демонстрируют превосходные свойства, такие как жаропрочность, стойкость к окислению и ползучести, низкую плотность и высокую усталостную прочность. При этом TiAl демонстрирует низкую пластичность. Это необходимо учитывать при проектировании компонентов, и это является основным препятствием для широкого использования во многих приложениях.

ТС используется для выпуска поковки, заготовки, пластины и листы из TiAl. Также доступны сложные отливки, потому что он применяется для некоторых высокотемпературных компонентов практически чистой формы. TiAl представляет интерес для таких применений, как лопасти реактивного двигателя, колеса компрессора для турбонагнетателей, автомобильных клапанов и другие жаростойких компонентов. Для высокотемпературного применения, требующего небольшого веса, это хорошая альтернатива суперсплавам до 850 C.

Точное литьё по выплавляемым моделям — основной процесс

Отправной точкой для изготовления ювелирного литья выступает мастер-модель детали, обычно изготовленная из металла с высочайшим стандартом детализации и отделки. Исходя из мастер-модели, производится негативная форма для изготовления расходных штампов.

Для этого традиционной процедурой видится вулканизация сплошного спрессованного крепа вокруг мастер-модели. Здесь применяется нагрев и давление с последующим разделением матрицы и удалением путём резки хирургическим скальпелем.

Двухкомпонентные штампы (матрицы), сделанные таким путём, позволяют воспроизводить сложные конструкции с пустотами, путём впрыскивания расплавленного воска под низким давлением. При этом упругий креп допускает удаление моделей без каких-либо искажений.

Другими рабочими материалами матричной модели являются:

  • литые эластомеры,
  • литые эпоксидные смолы,
  • легкоплавкие сплавы.

Жёсткие или металлические матрицы допустимо использовать при более высоких давлениях ввода воска, чем это допускают пластичные материалы. Так получают точные мельчайшие детали.

Если же требуются значительные производственные циклы, образцы готовят в металлических штампах путём литья пластмасс под давлением. Восковые модели устанавливаются в большом или малом количестве в зависимости от требований производства и мощности литейной машины.

Для настройки используются различные методы. Однако наиболее распространённым для массового производства считается радиальное прикрепление моделей с помощью коротких литников к тяжёлому центральному фидеру.

Пример фидера с набором рабочих матричных штампов, используемых в процессе — точное литьё по выплавляемым моделям в ювелирном производстве

После настройки (образцы) шаблоны помещаются в форму и включаются во вложение. Почти все вложения для ювелирных изделий основаны на комбинациях гипса и кремнезёма, которые смешиваются с жидкими суспензиями, с водой и составляются таким образом, чтобы схватываться примерно через 10 минут после начала смешивания.

Твёрдые блочные формы являются общим правилом. Многократные процедуры вложения с внутренними и вспомогательными вложениями не используются в практике литья ювелирных изделий.

Большинство литейных форм изготавливаются в цилиндрических жаропрочных металлических контейнерах. Воздух, захваченный на поверхности образцов, удаляется до начала схватывания, благодаря чему пресс-форма остаётся под вакуумом, достаточным для вскипания воды в смеси.

Набор форм депарафинизируют при низкотемпературном нагреве, либо на воздухе, либо на пару, после чего обжигают до температуры от 700 до 800°C, чтобы вулканизировать вложение и сжечь остатки углерода.

Перед литьём ювелирные формы обычно охлаждают до температуры 300-700°C в зависимости от температуры литья используемого сплава и характера образцов в форме.

Применение титановых сплавов

Рассматривая области применения титановых сплавов отметим, что большая часть разновидностей применяется в авиационной и ракетостроительной сферах, а также в сфере изготовления морских судов. Для изготовления деталей авиадвигателей другие металлы не подходят по причине того, что при нагреве до относительно невысоких температур начинают плавиться, за счет чего происходит деформация конструкции. Также увеличения веса элементов становится причиной потери КПД.

Применим материал при производстве:

  1. Трубопроводов, используемых для подачи различных веществ.
  2. Запорной арматуры.
  3. Клапанов и других подобных изделий, которые применяются в агрессивных химических средах.
  4. В авиастроении сплав применяется для получения обшивки, различных креплений, деталей шасси, силовых наборов и других агрегатов. Как показывают результаты проводимых исследований, внедрение подобного материала снижает вес примерно на 10-25%.
  5. Еще одной сферой применения является ракетостроение. Кратковременная работа двигателя, движение на большой скорости и вхождение в плотные слои становится причиной, по которой конструкция переживает серьезные нагрузки, способные выдержать не все материалы.
  6. В химической промышленности титановый сплав применяется по причине того, что он не реагирует на воздействие различных веществ.
  7. В судостроении титан хорош тем, что не реагирует на воздействие соленой воды.

В целом можно сказать, что область применения титановых сплавов весьма обширна. При этом проводится легирование, за счет чего существенно повышаются основные эксплуатационные качества материала.

Трубы из титановых сплавов

Изготовление выплавляемых моделей

Для этого применяются легкоплавкие составы, которые состоят из парафина, церезина, воска и других компонентов. Эти составы должны иметь свойства:

  • температура плавки 60–81,6 °С;
  • стабильная линейная усадка и расширение должны свестись к минимуму;
  • хорошая текучесть материала;
  • хорошая прочность и твердость в застывшем состоянии;
  • не прилипать к поверхности, минимальное образование золы;
  • не вступать в химические реакции с огнеупорными материалами пресс-формы; отсутствие вредных паров во время нагревания;
  • многократное применение;
  • малая стоимость комплектующих материалов.

Сущность заключается в том, что модельный материал должен собой заполнить все элементы формы и не допустить ее повреждения. А впоследствии, не нанеся ущерба вытечь из формы, освободив место для металлической заливки.

Производство титана и его сплавов

Титан производится с использованием процесса Kroll. Основные стадии включают извлечение, очистку, производство губки, создание сплава, а также формование. В начале выплавки производитель получает титановые концентраты с рудников. Хотя рутил можно использовать в его естественной форме, ильменит обрабатывают для удаления железа, чтобы он содержал не менее 85% диоксида титана. Эти материалы помещаются в реактор с псевдоожиженным слоем вместе с газообразным хлором и углеродом. Материал нагревают до 900 C, и последующая химическая реакция приводит к образованию нечистого тетрахлорида титана (TiCl4) и оксида углерода. Далее различные нежелательные хлориды металлов, которые образуются, должны быть удалены.

Прореагировавший металл помещается в большие дистилляционные емкости и нагревается. На этом этапе примеси отделяются с помощью фракционной перегонки и осаждения. На этом этапе удаляются хлориды металлов, в том числе железо, ванадий, цирконий, кремний и магний.

Очищенный тетрахлорид титана переносится в виде жидкости в реакторную емкость из нержавеющей стали. Затем добавляют магний, и контейнер нагревают до температуры около 1100 C. Аргон закачивается в емкость для удаления воздуха и предотвращает загрязнение сплава кислородом или азотом. Магний реагирует с хлором с образованием жидкого хлорида магния. Это оставляет твердое титановое твердое вещество, так как температура плавления титана выше, чем в реакции.

Твердое титановое вещество удаляют из реактора путем бурения, а затем обрабатывают водой и соляной кислотой для удаления избытка магния. Полученное твердое вещество представляет собой пористый металл, называемый губкой. Чистая титановая губка может быть преобразована в пригодный для использования сплав с помощью дуговой печи с расходуемым электродом. В этот момент губка смешивается с различными добавками сплава. Точное соотношение материала губки к сплаву формулируется в лаборатории до производства. Затем эту массу прессуют в компакты и сваривают вместе, образуя губчатый электрод.

Губчатый электрод помещают в вакуумно-дуговую печь для плавления. В этом охлаждаемом водой медном контейнере электрическая дуга используется для плавления губчатого электрода с образованием слитка. Весь воздух в контейнере либо удаляется (образуя вакуум), либо атмосфера заполняется аргоном для предотвращения загрязнения.

После изготовления слитка его вынимают из печи и проверяют на наличие дефектов. Поверхность может быть кондиционирована по требованию заказчика. Затем слиток отправляется покупателю готовой продукции, где он может быть измельчен и изготовлен в различные продукты.

Производство титана

Технология ЖСС

Технология жидко-стекольной смеси применяется там, где вдвигаются повышенные требования к качеству поверхности отливки. В состав смеси добавляют жидкое стекло и получившимся составом заливают модель. В опоку вводят углекислый газ, Проходит реакция, и ЖСС приобретает твердость. Требуется получить две полуформы, которые по окончании их твердения и извлечения макета соединяют. Получается оболочка, вокруг которой формируется наполнительная смесь.

Качество поверхности отливки, соприкасающейся со слоем гладкого стекла, зачастую позволяет обойтись даже без последующей механической обработки. Остатки смеси сбиваются с отливки с помощью дробеструйной установки.

Выберите регион

Россия

  • Алтайский край
  • Белгородская область
  • Брянская область
  • Владимирская область
  • Волгоградская область
  • Вологодская область
  • Воронежская область
  • Ивановская область
  • Иркутская область
  • Кабардино-Балкарская Республика
  • Калужская область
  • Кемеровская область
  • Кировская область
  • Костромская область
  • Краснодарский край
  • Красноярский край
  • Курганская область
  • Курская область
  • Ленинградская область
  • Липецкая область
  • Московская область
  • Нижегородская область
  • Новгородская область
  • Новосибирская область
  • Омская область
  • Оренбургская область
  • Орловская область
  • Пензенская область
  • Пермский край
  • Приморский край
  • Псковская область
  • Республика Адыгея
  • Республика Башкортостан
  • Республика Дагестан
  • Республика Карелия
  • Республика Коми
  • Республика Крым
  • Республика Марий Эл
  • Республика Мордовия
  • Республика Татарстан
  • Республика Хакасия
  • Ростовская область
  • Рязанская область
  • Самарская область
  • Саратовская область
  • Свердловская область
  • Смоленская область
  • Ставропольский край
  • Тамбовская область
  • Тверская область
  • Томская область
  • Тульская область
  • Тюменская область
  • Удмуртская Республика
  • Ульяновская область
  • Ханты-Мансийский АО — Югра
  • Челябинская область
  • Чувашская Республика
  • Ярославская область

Операции получения отливки

Существуют особенности литья по выплавляемым моделям при производстве подобных изделий. К ним относятся:

Расплавленный металл заливается равномерно и постепенно. Это даёт возможность сделать выплавляемые детали с гладким и точным покрытием, которое не будет нуждаться в механической доработке.
Литьё должно иметь необходимую температуру, для каждого материала она разная.
Время заливки расплавленного состава будет зависеть от сложности будущей конструкции

Важно это делать постепенно, однако не затягивать процесс слишком долго.
Чтобы выплавить качественное изделие необходимо осознавать, что тонкие детали кристаллизуются и остывают быстрее чем массивные элементы.
Чтобы литьё остывало равномерно, форму оснащают специальным теплообменником в виде элементов с повышенной проводимостью тепла. Это может быть чугун либо графит.
При охлаждении литьё передает свою температуру на форму неравномерно, на ее внутренней стороне температура не отличается от остывающей заготовки.
Выбивка выплавляемой продукции производится после окончания процесса кристаллизации и полного остывания

Спешка может негативно сказаться на качестве изделия.

Благодаря выплавляемым моделям есть возможность сделать своими силами деталь любой сложности. Это дает возможность усовершенствовать производство необходимых предметов.

Применение

Сферы человеческой жизнедеятельности, в которых с успехом применяется титановый сплав, трудно перечислить. Титановые сплавы прежде всего известны тем, что нашли реализацию в ракетостроении и других сферах, связанных с покорением космоса, самолётостроением и проведением научно-исследовательских работ в этом направлении. Для упомянутых сфер изготавливают титановые детали для каркаса воздушных и космических судов, элементы обшивки, топливные бачки, внутренности для мощных реактивных двигателей, компрессоры, диски, части воздухозаборников.

Кроме безвоздушного пространства в космосе и разряженной атмосферы в пределах планеты, титан применяется для водных работ, то есть для установки на морских и океанических судах. Титановым делают корпус грузоподъёмного судна, его насосные детали, гребные винты и т.д.

Медицинская промышленность не смогла бы быть такой прогрессивной без титановых сплавов, применяемых для изготовления высокопрочных и точных мединструментов, внутрикостных фиксационных приспособлений, внутренних протезов, хирургических зажимов. Для химических производств сплав титан уже давно стал незаменим при изготовлении различных реакторов, выдерживающих агрессивные химические среды, а также центрифуг, лабораторных насосов и специальных змеевиков.

Промышленность, связанная с общественным питанием, обязана титану возможностью производства сепараторов, частей для рефриджераторов, цистерн и разнообразных холодильных ёмкостей. В такой сложной области, как гальванотехника, работающей с электрическим током, титан входит в состав анодных корзин, гальванических ванн, трубопроводов, подвесок, теплообменников. В нефтегазовой промышленности описываемым сплавом пользуются для изготовления частей клапанов, фильтров, отстойников и других специальных резервуаров.

Титановые сплавы помогают человечеству в производственной деятельности, а также при изготовлении пищи, техники, ракет, кораблей, инструментов для медицины, уже долгое время. До сих пор изобретаются всё новые сплавы с уникальным сочетанием элементов и добавлением новых, которые обладают ещё неизвестными до этого свойствами, передающимися конечному титан-сплаву. В зависимости от содержания изначальных веществ, способа и условий изготовления титан приобретает различные свойства и соответствующим образом маркируется.

Рейтинг: /5 –
голосов

Основные характеристики титановых сплавов

Высокая реакционная способность титана позволяет производить его сплавы со многими металлами, получая материалы со значительно улучшенными и даже уникальными свойствами.

Формы титана

Сплав с никелем Нитинол обладает эффектом «памяти формы» и широко используется в медицине и аэрокосмической отрасли

Сплавы с алюминием отличаются стойкостью к продолжительному нагреву и коррозионной устойчивостью, что позволяет применять их в авиации и автостроении.

Сплав с барием используется как  газопоглотитель в электронно-лучевых трубках и высоковакуумных насосах.

Широко применяется сплав с алюминием. Ti-6Al-4V (или ВТ6), примерно  6% алюминия и около 4% ванадия. На него уходит почти половина производимого титана.

Ферротитан

Ферротитан (сплав с железом, содержащий 18—25% титана) используют при производстве стали для ее раскисления и для связывания неметаллических примесей

Титан используется и как присадка для легирования специальных сталей: высокопрочных, жаростойких и для особо тяжелых условий эксплуатации

Высокопрочные конструкционные ТС

Высокопрочные сплавы – ВТ-14, ВТ-22, ВТ-23, ВТ-15 (1000.0-1500.0 МПа).

ВТ-22 – свариваемый ТС с высокими прочностными характеристиками и прокаливаемостью. Он нашел широкое применение при изготовлении отечественных самолетов: Ил-76/ 86/ 96, Ан-72/ 74/124/224/148, Як-42, МиГ-29 и других. Из данного ТС изготовляются крупногабаритные детали для внутреннего силового набора, узлов шасси и сварных узлов, например, траверс и балок тележек основных шасси.

ВТ- 22И, полученный высокотехнологичным методом изотермического деформирования в условиях сверхпластичности, может обеспечить выпуск тонкостенных деталей сложной конфигурации и гарантирует надежную сварку титановых сплавов. Высокий и стабильный уровень механических свойств достигается однородной мелкозернистой структурой, что снижает трудоемкость мехобработки деталей на 35–40%.

Трубы из титанового сплава для теплообменников

Охлаждение отливок

После охлаждения отливки форму разрушают. Отливки отделяют от литников и для окончательной очистки направляют на химическую очистку, затем промывают проточной водой, сушат, подвергают термической обработке и контролю.

Участки литья по выплавляемым моделям имеются на многих судостроительных и машиностроительных заводах. На них изготовляют сложные по конфигурации стальные отливки, получение которых другими способами или с применением механической обработки невозможно или привело бы к значительному усложнению технологического процесса и удорожанию продукции. К таким отливкам относятся в основном различные мелкие детали: турбинные лопатки, крыльчатки, решетки, распылители, угольники, кронштейны, рукоятки, ключи и другие детали высокой точности.

Электрошлаковое литье (ЭШЛ) – это способ получения фасонных отливок в водоохлаждаемой металлической литейной форме – кристаллизаторе, основанной на применении ЭШЛ расходуемого электрода. Применяется для получения точных крупных стальных (спец. сплавов) отливок ответственного назначения (фасонные элементы аппаратуры, работающие под давлением).

Сущность заключается в том, что приготовление расплава (плавка) совмещено по месту и времени с заполнением литейной формы Vраспл. = Vкристал.

Оксидирование

Применение оксидирования для металла

Технология

  • Анодное
  • Микродуговое
  • Холодное
  • Щелочное
  • Низкотемпературное
  • Электрохимическое

В современном мире имеется большое количество методов, которые используются для борьбы с образованием коррозии на поверхности металлов. Метод образования оксидной пленки является одним из самых эффективных.

Оксидирование металла

Оксидированиепредставляет собой особый вид процедуры покрытия металлического материала оксидной пленкой. В результате данного процесса на металлической поверхности появляется тонкая пленка, которая выполняет барьерную функцию. Она защищает материала от попадания воздуха и влаги.

Оксидирование металла является одним из самых действенных методов для его защиты от образования на поверхности ржавчины. Пленка покрывает его достаточно плотным слоем. После проведения процедуры все процессы окисления металла полностью прекращаются. В итоге изделия, которые обработаны методом оксидирования, служат дольше и сохраняют свои привлекательные внешние качества на долгие годы.

Данная процедура обработки разных видов изделий применяется не только для того, чтобы защитить металлические изделия от коррозии. Данная ее функция известна многим. Однако в некоторых ситуациях она используется для того, чтобы придать металлическому изделию декоративные качества.

Сегодня процедуре оксидирования подвергаются многие виды металлов.

В связи с этим выделяют:

Данная процедура встречается достаточно частою. Для нее используется:

В результате после обработки металл получает небольшой слой оксидной пленки, которая обладает отличными защитными качествами.

Сама процедура не отнимает много времени. Она проводится после предварительной подготовки металла. Его поверхность должна быть чистой и обезжиренной, чтобы оксидная пленка имела лучшее сцепление с алюминием.

Сегодня не редко проводится оксидирование стальных изделий. Они являются подверженными образованию коррозийной пленки.

Химическое оксидирование стали

Для обработки стального материала применяется химический вид оксидирования. Он заключается в том, что сталь погружается в специально приготовленный кислый раствор, который способствует образованию на поверхности стали оксидную пленку. Она обладает небольшой толщиной. Однако у нее высокий уровень прочности.

Перед тем, как металл будет обработан оксидирующим веществом, его тщательным образом подготавливают. Для этого используются специальные средства для удаления загрязнений и жирной пленки.

Как известно такой металл, как титан и его сплавы обладают низким уровнем износостойкости. Для того чтобы металл приобрел прочность и твердость применяются разные методы. Одним из них является оксидирование. Благодаря нему на поверхности металла появляется защитная пленка, которая увеличивает прочность титана в разы.

Таблица 1. Оксидирование металла — подготовка поверхности

Состав и режимНомер раствора123

Состав, массовая доля, %
серная кислота (плотность 1,8 г/см3)90—9220—30
азотная кислота (плотность 1,4 г/см3)95-975-640—60
фтористоводородная кислота или ее соли3-50,5—110—12
Рабочая температура, К290—300290—300290—300
Выдержка, мин0,1—0,21—20,2—0,3
Поделитесь в социальных сетях:vKontakteFacebookTwitter
Напишите комментарий