Qual è la tecnologia di microfusione delle leghe di titanio?

Le leghe di titanio presentano un'elevata attività chimica, scarsa lavorabilità e difficoltà nel formare componenti strutturali complessi tramite metodi di fusione tradizionali. La tecnologia di fusione a cera persa delle leghe di titanio ha superato questa sfida, diventando il metodo di formatura tradizionale per componenti complessi e di precisione delle leghe di titanio e promuovendo l'ampia applicazione delle leghe di titanio in vari-campi di fascia alta.

 

Fonte immagine: JC Casting《Cos'è Titanium Investment Casting express

 

Si tratta di un processo per fabbricare un modello in cera con la stessa forma del componente target e quindi rivestirlo con materiali refrattari per formare il guscio dello stampo. Il passaggio successivo è la fusione e la rimozione del modello in cera attraverso la tostatura ad alta-temperatura, versando la lega di titanio fusa nel guscio dello stampo in un ambiente specifico. Si possono quindi ottenere fusioni di precisione dopo raffreddamento, solidificazione, rottura del guscio e successivi trattamenti.

 

Preparazione del modello in cera

• Innanzitutto, viene utilizzato un software di simulazione numerica per ottimizzare il processo di preparazione. Il modello in cera e i modelli dello stampo sono progettati in base al modello 3D della fusione e i parametri del processo sono impostati per prevedere ed evitare potenziali difetti.

 

• Quindi, la cera fusa viene iniettata nello stampo metallico. Il modello iniziale in cera viene estratto dopo il raffreddamento. I modelli in cera con difetti superficiali vengono riparati, lucidati, puliti e asciugati secondo necessità per garantire superfici lisce e dimensioni precise. Negli ultimi anni, la tecnologia di produzione additiva è stata applicata alla preparazione dei modelli in cera, che non solo accorcia notevolmente il ciclo di sviluppo dello stampo, ma consente anche la rapida formazione di modelli in cera con strutture complesse.

Preparazione del guscio dello stampo

• Durante la preparazione, il modello in cera qualificato con un sistema di colate viene ripetutamente immerso in fanghi refrattari a base di zirconio o allumina-, seguiti da levigatura e asciugatura per formare un guscio dello stampo con 4-10 strati. Le fusioni di fascia alta-richiedono tre strati di stampi speciali per migliorare la resistenza strutturale.

 

• Dopo l'essiccazione, il guscio dello stampo viene tostato ad una temperatura elevata di 870–980 gradi per rimuovere completamente cera e acqua e sinterizzare il guscio dello stampo in una struttura ceramica. Questo processo migliora la resistenza, la permeabilità all'aria e la stabilità dimensionale del guscio dello stampo. I materiali del guscio dello stampo devono essere rigorosamente adatti alle caratteristiche delle leghe di titanio per evitare difetti di fusione come inclusioni e soffiature causate da reazioni chimiche ad alta-temperatura.

Fusione e colata

• Le leghe di titanio hanno un'attività chimica estremamente elevata ad alte temperature, quindi la fusione e il versamento devono essere effettuati in un ambiente sotto vuoto con una pressione limitata o sotto protezione argon. Ciò impedisce reazioni tra la lega fusa e l'aria, i crogioli o i gusci dello stampo per garantire la purezza e le proprietà meccaniche dei getti.

 

• La fusione adotta la tecnologia di fusione ad induzione sotto vuoto o ad arco plasma. I lingotti in lega di titanio vengono riscaldati per ottenere la completa fusione e omogeneizzazione, rimuovendo impurità e gas.

 

• Il versamento richiede un controllo preciso della temperatura, della velocità e della pressione di riempimento dello stampo. La simulazione numerica viene utilizzata per ottimizzare il sistema di colata, prevedere ed evitare difetti di riempimento dello stampo, garantire un riempimento stabile e completo della cavità dello stampo con la lega fusa e prevenire problemi quali errori di esecuzione, cavità da ritiro e crepe.

 

• Dopo la colata, il getto dovrà essere raffreddato per un tempo non inferiore a 2 ore. La velocità di raffreddamento controllata riduce lo stress interno ed evita deformazioni e fessurazioni.

Post-trattamento

• Rottura del guscio ed estrazione dei componenti: il guscio dello stampo viene rotto tramite getti d'acqua ad alta pressione o vibrazioni. La fusione viene rimossa e il sistema di colata tagliato.

 

• Trattamento superficiale: il guscio residuo e le incrostazioni di ossido vengono rimossi tramite sabbiatura primaria con sabbia da 30–80 mesh. Il getto viene decapato in una soluzione mista di acido nitrico e acido fluoridrico per rimuovere uno strato superficiale di spessore inferiore o uguale a 5 mm. La sabbiatura secondaria in più-fasi viene eseguita con sabbia da 80–250 mesh, seguita dalla lucidatura per ottenere la ruvidità della superficie progettata. Le fusioni di fascia alta-sono sottoposte a un ulteriore trattamento di attivazione superficiale per migliorare la compatibilità del rivestimento.

 

• Miglioramento delle prestazioni: il trattamento termico, la pressatura isostatica a caldo e altri processi vengono applicati in base ai requisiti applicativi della fusione. Può eliminare lo stress interno, affinare i grani e migliorare la resistenza, la tenacità e la resistenza alla corrosione. Alcune fusioni sono soggette a test non-distruttivi per rilevare difetti interni nascosti, garantendo l'affidabilità operativa.

 

• Offre un'elevata precisione di formatura e un'eccellente qualità superficiale. La tolleranza dimensionale dei getti può essere controllata entro ±0,1 mm e la rugosità superficiale raggiunge Ra1,6–6,3 μm. Ciò riduce notevolmente la quantità di lavorazioni successive, consentendo anche la formatura quasi-netta della forma, riducendo così i costi di produzione e gli sprechi di materiale.

 

• È molto adatto per formare componenti strutturali difficili-da-lavorare a macchina come superfici curve complesse, parti con pareti sottili-e piccole cavità. Evita gli impatti negativi di processi come la saldatura e la brasatura sulla resistenza e l'integrità dei getti.

 

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