I. Investeringsstøbning: Kunsten at præcisionsforme. Investeringsstøbning (investeringsstøbning) opnår præcisionsformning gennem en sammensat struktur af smelteligt støbemateriale og ildfast skal: 1. Formforberedelse: En voks-baseret eller harpiks-baseret støbeform er lavet til at ligne delen i en skala 1:1. 2. Skalslam som silica sol (refractory) gentagne gange påført på formens overflade for at danne 10-15 lag skal med en tykkelse på 5-8 mm. 3. Afstøbning og brænding: Formmaterialet fjernes med damp eller varm olie, og skallen forstærkes ved højtemperaturbrænding ved 900-1050 graders beskyttelse i støbt titan, støbt i titen,} ved 1650-1750 grader sprøjtes ind i skallen. Denne proces kan opnå en overfladefinish på Ra1,6μm, dimensionsnøjagtighed af CT4-CT5 kvalitet, og materialeudnyttelsesgraden er øget med mere end 40% sammenlignet med traditionel smedning. Det er særligt velegnet til produktion af komplekse konstruktionsdele såsom turbinevinger og kunstige samlinger.
II. "Material Forbidden Zone"-udfordringerne i titanlegeringsstøbning: Den kemiske aktivitet af titanlegeringer i smeltet tilstand fører til tre store tekniske udfordringer: 1. Grænsefladereaktion: Grænsefladediffusion forekommer med almindelige skalmaterialer (såsom SiO₂ og Al₂O₃), der danner et {{2}{2}{2}}temperaturskørt lag, Thestan-case{3}}. forskel på 200-300 grader under titaniumsmeltet støbning forårsager revner i skal. 3. Gasforurening: Adsorption af fugt og gas fra skallen fører til porøsitetsdefekter i støbningen. Casestudie: Ved støbning af en bestemt aero-motorvinge resulterede den traditionelle Al₂O₃-skal i et 0,2 mm tykt hylsterlag på støbeoverfladen, hvilket krævede fem yderligere bearbejdningsprocesser til fjernelse, hvilket resulterede i et materialetab på helt op til 35 %.
III. Innovative gennembrud i skalmaterialer Baseret på karakteristikaene af titanlegeringer har forskere udviklet tre typer af specielle skalmaterialesystemer: 1. Kulholdigt ildfast materialesystem Repræsentativt materiale: Kunstig grafit (råoliekoks + beg kalcineret ved 2800 grader ) Fordele: • Refractor koefficienter •2 Refraktor >2. kun 2,5×10⁻⁶/grad • Styrken stiger med temperaturen (når 80MPa ved 1000 grader) Begrænsninger: • Oxidationsvægtforøgelseshastigheden når 0,8mg/cm²·h (1000 grader) • Termisk ledningsevne så høj som 80W/(m·K)forbedrer let overfladen{1}, hvilket giver mikro{1}revner Løsning: Brug af en Y₂O₃-belægning på grafitoverfladen reducerer oxidationshastigheden med 70 %, hvilket øger støbekvalifikationsgraden til 92 %. 2. Oxide Keramisk System Material Gradient Design:
Nøgleparametre:
• Overfladeporøsitet < 8 %
• Høj-bøjningsstyrke > 15 MPa (1600 grader)
• Termisk stødmodstand (1100 graders vandkøling) > 20 cyklusser
Anvendelseseffekt: Ved støbning af et mellemhus til en bestemt type aero-motor forbedrede brugen af dette system støbningens dimensionelle nøjagtighed fra ±0,3 mm til ±0,1 mm, og reducerede bearbejdningsgodtgørelsen med 60 % D50=5μm) + yttriumsolsystem, der opnår et kemisk stabilitetsniveau på 9 (0-10). • Ryglagsforstærkning: Molybdænnetforstærkningsstruktur øger skallens slagfasthed med 3 gange. Tekniske gennembrud: • Efter kontakt med TC4 titanlegering ved 1700 grader i 240 sekunder, er grænsefladereaktionslagets tykkelse<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.
Investeringsstøbning af titanlegeringer, også kendt som den tabte-voksstøbemetode, involverer at skabe en voksform, dække den med ildfast materiale, opvarme den for at fjerne voksen, hælde smeltet titan i og derefter afkøle for at opnå høj-præcisionsdele af titanlegering. Denne teknologi er særligt velegnet til fremstilling af komplekse-formede komponenter med høje præcisionskrav, såsom turbinevinger til fly-motorer og kunstige led, hvilket væsentligt reducerer materialespild og efterfølgende bearbejdning.
Kerneprocesflow:
Formforberedelse: Lav en 1:1 investeringsform af delen ved hjælp af voks eller harpiks.
Skalkonstruktion: Påfør ildfast opslæmning (såsom silicasol med korundpulver) gentagne gange på investeringsformen for at danne en 10-15 lag skal, 5-8 mm tyk.
Afformning og brænding: Fjern voksformen ved hjælp af damp eller varm olie, og fyr derefter skallen ved en høj temperatur på 900-1050 grader.
Hældning: Hæld smeltet titanlegering i ved 1650-1750 grader under vakuum eller beskyttelse mod inert gas.
Tekniske fordele:
Høj præcision: Dimensionsnøjagtighed når CT4-CT5 niveau, overfladefinish Ra1,6μm.
Høj materialeudnyttelse: Over 40 % højere end traditionel smedning.
Velegnet til komplekse dele: I stand til at støbe tynde-væggede, komplekse-strukturerede dele.
Industri applikationer
Luftfart: Komponenter til flymotorer, strukturelle dele til rumfart.
Biomedicinsk: Kunstige led, tandproteser.
Andre felter: Skibspropeller, missilstrukturdele mv.
Teknologiske udfordringer og gennembrud
Udfordringer: Høj reaktivitet af smeltet titanium gør det tilbøjeligt til at reagere med formskallen for at danne et skørt lag, og det kan også revne eller udvikle porøsitet på grund af termisk chok.
Gennembrud: Nye materialer såsom molybdænnetforstærkede formskaller og oxidkeramiske formskaller (såsom zirconiumoxid) er blevet udviklet, hvilket forbedrer kvaliteten og ydeevnen af støbegods.
Fremtidige tendenser
Teknologien udvikler sig mod lavere omkostninger, højere kvalitet og mere miljøvenlige løsninger. Nye materialer og procesoptimering (såsom digital tvillingesimulering) er nøgleområder, og fremtidige applikationer vil blive endnu bredere.
