Titaani ja sen seokset ovat vaikeimmin valuttavia metalleja, mutta valetut titaanikomponentit ovat välttämättömiä ilmailu-, meri-, kemiankäsittely- ja lääketieteellisissä laitteissa. Vaikeus johtuu titaanin äärimmäisestä reaktiivisuudesta hapen, typen ja useimpien muottimateriaalien kanssa korkeissa lämpötiloissa. Tässä artikkelissa kerrotaan, kuinka titaanivalut todellisuudessa valmistetaan, mitä muottijärjestelmiä ja sulatustekniikoita käytetään ja kuinka laatu varmistetaan ASTM B367:n mukaan.
Miksi titaanivalu on erilaista
Sula titaani reagoi aggressiivisesti ilman ja tavanomaisten tulenkestävien muottimateriaalien kanssa. Seurauksena on kolme:
Sulatus on suoritettava tyhjiössä tai inertissä ilmakehässä.Sulatus ulkoilmassa absorboi happea ja typpeä, jolloin valukappale haurastuu.
Muottimateriaalien tulee olla tulenkestäviä ja kemiallisesti stabiileja.Titaani vähentää reaktiivisia muotin aineosia ja saastuttaa pinnan hapella{0}}rikastetulla alfakotelolla.
Valupinnan -jälkeinen poisto on pakollista.Happi{0}}rikas pintakerros (alfa-kotelo) on poistettava koneistamalla tai kemiallisella jyrsinnällä, koska se on kovaa ja hauras.
Sulamistekniikat
Kaksi sulamisreittiä hallitsee kaupallista titaanin valua:
Tyhjiökaari uudelleensulatus (VAR):Kuluva elektrodi sulatetaan tyhjiössä vesi{0}}jäähdytettyyn kupariupokkaan. VAR tarjoaa puhtaan, tasalaatuisen sulatteen ja on laajimmin käytetty teollinen reitti.
Kylmä takkasulatus (CHM) elektronisuihkulla tai plasmalla:Sula säilytetään vesi-jäähdytteisessä kuparisessa tulisijassa, joka poistaa korkean CHM on suositeltava pyöriville ilmailu-avaruuskomponenteille.
Muottijärjestelmät
Investointi (menetetty{0}}vaha) valuon titaanin yleisin prosessi. Vahakuvio päällystetään useilla keraamisilla lietteillä, vaha poistetaan autoklaavoinnin avulla ja muotti poltetaan. Titaanin osalta kasvopinnoite perustuu yleensä zirkoniumoksidiin tai yttriaan piidioksidin sijaan, koska piidioksidi pelkistyy sulan titaanin vaikutuksesta. Investointivalu tarjoaa erinomaisen mittatarkkuuden (tyypillisesti CT6–CT7 ISO 8062 -standardin mukaan) ja sileät pinnat, ja sitä käytetään monimutkaisissa osissa, kuten juoksupyörissä, kannakkeissa ja proteettisissa implanteissa.
Muovattu grafiittivaluon halvempi{0}}reitti suurempiin tai yksinkertaisempiin muotoihin. Muotti valmistetaan puhaltamalla grafiitti{2}}pohjaista tulenkestävää materiaalia kuvion ympärille ja polttamalla. Lämpösokkien kestävyys on hyvä, ja suuria meri- tai kemiallisia komponentteja valmistetaan usein tällä tavalla, mutta pinnan viimeistelyssä ja mittojen sietokyvyssä (tyypillisesti CT8–CT10) on kompromissi.
Keskipakovalupyörittää muottia samalla kun metalli jähmettyy, mikä parantaa ohuiden osien täyttöä ja suuntatiheyttä. Sitä käytetään renkaisiin, holkkeihin ja muihin akselisymmetrisiin osiin korroosionkestävissä{1}}seoksissa.
Yleiset valuseokset
| Metalliseos | Tyypillinen käyttö | Ominaisuudet |
|---|---|---|
| Kaupallisesti puhdas Ti (Gr 1-4) | Kemialliset alukset, laivojen laitteistot | Paras korroosionkestävyys; kohtalainen vahvuus |
| Ti-6Al-4V (Gr 5) | Ilmailu- ja avaruuskannattimet, kirurgiset implantit | Suuri lujuus, hyvä väsymiskyky |
| Ti-6Al-4V ELI (Gr 23) | Kryogeeniset ja implanttisovellukset | Parannettu sitkeys matalassa{0}}lämpötiloissa |
| Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo | Moottorin komponentit | Korkean lämpötilan{0}}virumisenkestävyys |
Valettavuus, hitsattavuus ja lämpö{0}}käsittelyvaste eroavat alfa-, alfa-beta- ja lähes -beta-seosten välillä; metalliseoksen valinta tulee varmistaa komponentin käyttölämpötilan, kuormitusspektrin ja korroosioympäristön perusteella.
Laadunvalvonta
Valukappaleet toimitetaan tyypillisestiASTM B367(titaani ja titaaniseosvalut) täydentävällä radiografisella, väri-läpäisy- ja mekaanisella testauksella. Tärkeimmät tarkistukset sisältävät:
Kemiallisen koostumuksen varmistus spektrokemiallisella analyysillä.
Röntgentutkimus (ASTM E155 -vertailuröntgenkuvat) kutistumisen, huokoisuuden ja sulkeumien varalta.
Väriaineen tunkeutumisaineen tarkastus pinnan epäjatkuvuuden varalta.
Erikseen valettujen testitankojen mekaaninen testaus saman lämpökäsittelyn jälkeen kuin valu.
Alpha{0}}tapauksen syvyyden hallinta ja poiston vahvistus.
Hot Isostatic Pressing (HIP) on yleisesti määritelty kriittisiin ilmailu- ja lääketieteellisiin valukappaleisiin sisäisen huokoisuuden sulkemiseksi ja väsymisiän parantamiseksi.
Kustannus- ja valintaopas
Investointivalu tarjoaa parhaan tarkkuuden ja viimeistelyn, mutta korkeimmat työkalukustannukset. Rammattu grafiittimuovaus sopii suurempiin, yksinkertaisempiin osiin ja pienempiin tilavuuksiin. Prototyyppityössä kuvion additiivinen valmistus, jota seuraa investointivalu, lyhentää läpimenoaikaa. Kun valitset valimon, tarkista sen sulatuskyky (VAR tai CHM), sen kokemus kohdeseoksesta ja se, että se vastaa sovelluksesi edellyttämää tarkastustasoa.
