I. Investment Casting: The Art of Presisjonsforming. Investeringsstøping (investeringsstøping) oppnår presisjonsforming gjennom en komposittstruktur av smeltbart støpemateriale og ildfast skall: 1. Forberedelse av form: En voks-basert eller harpiks-basert form er laget for å ligne delen i en skala 1:1. 2. Shell slam som pulver som pulver sol (refractory) påføres gjentatte ganger på overflaten av formen for å danne 10-15 lag med skall med en tykkelse på 5-8 mm. 3. Avstøpning og brenning: Støpematerialet fjernes med damp eller varm olje, og skallet styrkes ved høytemperaturbrenning ved 900-1050 graders beskyttelse i støping av titan, støpt i titan-moll, ved 1650-1750 grader injiseres i skallet. Denne prosessen kan oppnå en overflatefinish på Ra1,6μm, dimensjonsnøyaktighet av CT4-CT5-kvalitet, og materialutnyttelsesgraden økes med mer enn 40 % sammenlignet med tradisjonell smiing. Den er spesielt egnet for produksjon av komplekse konstruksjonsdeler som turbinblader og kunstige ledd.
II. "Material Forbidden Zone"-utfordringene i titanlegeringsstøping: Den kjemiske aktiviteten til titanlegeringer i smeltet tilstand fører til tre store tekniske utfordringer: 1. Grensesnittreaksjon: Grensesnittdiffusjon skjer med vanlige skallmaterialer (som SiO₂ og Al₂O₃), og danner et {{2}{2}{2}}temperaturskjørt lag i støtfall{3}}. forskjell på 200-300 grader under smeltet titanstøping forårsaker sprekker i skallet. 3. Gassforurensning: Adsorpsjon av fuktighet og gass fra skallet fører til porøsitetsdefekter i støpen. Kasusstudie: Ved støping av et visst aero-motorblad resulterte det tradisjonelle Al₂O₃-skallet i et 0,2 mm tykt kasselag på støpeoverflaten, som krever fem ekstra maskineringsprosesser for fjerning, noe som resulterte i en materialtapsrate så høy som 35 %.
III. Innovative gjennombrudd i skallmaterialer Basert på egenskapene til titanlegeringer har forskere utviklet tre typer spesielle skallmaterialesystemer: 1. Karbonholdig ildfast materiale System Representativt materiale: Kunstig grafitt (petroleumskoks + bek kalsinert ved 2800 grader ) Fordeler: • Refraktor-koeffisienter •2 Refraktor >2. bare 2,5×10⁻⁶/grad • Styrken øker med temperaturen (når 80MPa ved 1000 grader) Begrensninger: • Oksidasjonsvektøkningshastigheten når 0,8mg/cm²·h (1000 grader) • Varmeledningsevne så høy som 80W/(m·K}forbedrer overflaten enkelt{1}, og forbedrer overflaten{1} Løsning: Bruk av et Y₂O₃-belegg på grafittoverflaten reduserer oksidasjonshastigheten med 70 %, og øker støpekvalifikasjonsraten til 92 %. 2. Oxide Ceramic System Material Gradient Design:
Nøkkelparametere:
• Overflateporøsitet < 8 %
• Høy-bøyestyrke > 15 MPa (1600 grader)
• Termisk støtmotstand (1100 grader vannkjøling) > 20 sykluser
Applikasjonseffekt: Ved støping av et mellomhus for en viss type flymotor-, forbedret bruken av dette systemet dimensjonsnøyaktigheten til støpingen fra ±0,3 mm til ±0,1 mm, og reduserte maskineringstilskuddet med 60 %. 3. Innovativ løsning for ildfast metallpulversystem: Utilize Top Tungsten D50=5μm) + yttriumsolsystem, oppnår et kjemisk stabilitetsnivå på 9 (0-10). • Rygglagsforsterkning: Molybdennettforsterkningsstruktur øker skallets slagfasthet med 3 ganger. Tekniske gjennombrudd: • Etter kontakt med TC4 titanlegering ved 1700 grader i 240 sekunder, er grensesnittets reaksjonslagtykkelse<15μm. • The casting surface roughness Ra is <0.8μm, achieving a mirror finish. Typical Application: Casting of artificial acetabular cups in the biomedical field, achieving "near-net-shape forming" without the need for subsequent polishing.
Investeringsstøping av titanlegering, også kjent som den tapte-voksstøpemetoden, innebærer å lage en voksform, dekke den med ildfast materiale, varme opp for å fjerne voksen, helle i smeltet titan og deretter avkjøle for å oppnå høy-presisjonsdeler av titanlegering. Denne teknologien er spesielt egnet for å lage komplekse-formede komponenter med høye presisjonskrav, for eksempel turbinblader for flymotorer- og kunstige ledd, noe som reduserer materialavfall og påfølgende maskinering betydelig.
Kjerneprosessflyt:
Forberedelse av form: Lag en 1:1 investeringsform av delen med voks eller harpiks.
Skallkonstruksjon: Påfør gjentatte ganger ildfast slurry (som silikasol med korundpulver) på investeringsformen for å danne et 10-15 lags skall, 5-8 mm tykt.
Avforming og brenning: Fjern voksformen med damp eller varm olje, og fyr deretter av skallet ved en høy temperatur på 900-1050 grader.
Helling: Hell i smeltet titanlegering ved 1650-1750 grader under vakuum eller inertgassbeskyttelse.
Tekniske fordeler:
Høy presisjon: Dimensjonsnøyaktighet når CT4-CT5 nivå, overflatefinish Ra1,6μm.
Høy materialutnyttelse: Over 40 % høyere enn tradisjonell smiing.
Egnet for komplekse deler: Kan støpe tynne-veggede, komplekse-strukturerte deler.
Industriapplikasjoner
Luftfart: Komponenter til flymotorer, strukturelle deler til romfart.
Biomedisinsk: Kunstige ledd, tannproteser.
Andre felt: Skipspropeller, rakettkonstruksjonsdeler, etc.
Teknologiske utfordringer og gjennombrudd
Utfordringer: Høy reaktivitet av smeltet titan gjør det tilbøyelig til å reagere med formskallet for å danne et sprøtt lag, og det kan også sprekke eller utvikle porøsitet på grunn av termisk sjokk.
Gjennombrudd: Nye materialer som molybdennettforsterkede formskall og oksidkeramiske formskall (som zirkoniumoksid) har blitt utviklet, noe som forbedrer kvaliteten og ytelsen til støpegods.
Fremtidige trender
Teknologien utvikler seg mot lavere kostnader, høyere kvalitet og mer miljøvennlige løsninger. Nye materialer og prosessoptimalisering (som digital tvillingsimulering) er nøkkelområder, og fremtidige applikasjoner vil bli enda bredere.
