Литье титана

Титан — молодой металл. Его открыли в конце 18 столетия. Титан обладает большой температурой плавления (1670 °C), малым удельным весом (4.5 г/см 3 ) и большей прочностью и устойчивостью к коррозии.

Большая стоимость и сложность металлобработки обуславливают его относительно узкое использование в промышленности — исключительно для очень ответственных деталей. Из легкого и крепкого металла делают высоконагруженные детали и узлы в космической, оборонной и нефтяной ветвях.

Технология литья из титаного сплава

Сложность технологии титанового литья обуславливается большой температурой плавления и слишком высокой химической активностью жидкого титана. Он пытается вступить в реакцию со всеми газами, содержащиеся в воздухе. По этому литье титана классически проводили в атмосфере благородных газов. Для этого плавильные печи изолировали от атмосферы, нагнетая в них специализированные газы и создавая лишнее давление.

Технология литья из титаного сплава

После были разработаны вакуумные плавильни-литейные установки. Они соединяют воедино в одном вакуумированном объеме, процессы расплавления металла, его литья и остывания отливки. Литье изготавливается в графитовые формы. Одинаково с такой технологией используется и метод вакуумного литья по выплавляемым моделям. Применяется также и технология оболочечного литья.

Сегодняшние методы литья дают возможность получать крепкие и гомогенные отливки, удовлетворяющие самым строгим конструктивным требованиям. Метод литья также обладает преимуществом перед механической обработкой на станках и сваркой оптимальным показателем применения металла. Большинство производителей стали шире использовать литые детали взамен фрезерованных.

В художественном литье металл широкого использования не отыскал ввиду сложности производства. Большую популярность в мире искусства обрела первая отлитая из титаного сплава скульптура Юрия Гагарина в Москве.

Область использования титановых сплавов

Титан обладает отличными конструкционными качествами: он прочный (вдвое крепче алюминия), легок (практически вдвое легче стали), упруг, не поддается коррозии, отлично выдержит напряжения растяжения, сжатия и сворачивания. От широкого использования легкого и крепкого металла сдерживает его большая цена и сложность обработки. Из титаного сплава делают очень ответственные высоконагруженные детали в космической отрасли — там, где небольшой вес важнее большей стоимости. Это как детали планера самолета, так и детали мотора — крыльчатки нагнетателей и воздухозаборники.

Область использования титановых сплавов

Титан также повсеместно используется в изготовлении вооружений — от деталей огнестрельного оружия и бронежилетов до корпусов подводных лодок, выдерживающих погружение на рекордные глубины в 1000 метров.

В нефтегазовой отрасли литье титановых сплавов используется для производства труб и арматуры запорной для установок нефтегазодобычи, нефтепроводов и нефтегазоперерабатывающих заводов.

Прокат и литье из титаного сплава применяется также для изготовления деталей дорогих и гоночных автомобилей и байков, велосипедов и часов.

Благодаря физиологической инертности из титановых сплавов делают также зубные и костные протезы.

Главные характеристики титановых сплавов

Высокая реакционная способность титана дает возможность делать его сплавы со многими металлами, получая материалы с намного усовершенствованными и даже необычными характеристиками.

Сплав с никелем Нитинол обладает эффектом «памяти формы» и повсеместно применяется в медицине и космической отрасли

Сплавы с алюминием отличительны стойкостью к длительному нагреву и устойчивостью к процессам коррозии, что дает возможность использовать их в авиации и автостроении.

Сплав с барием применяется как поглотитель газа в электронно-лучевых трубках и высоковакуумных насосах.

Повсеместно используется сплав с алюминием. Ti-6Al-4V (или ВТ6), приблизительно 6% алюминия и около 4% ванадия. На него уходит практически половина производимого титана.

Ферротитан (сплав с железом, который содержит 18—25% титана) применяют при изготовлении стали для ее раскисления и для связки неметаллических примесей

Титан применяется и как добавка для легирования специализированных сталей: очень прочных, огнеупорных и для особо тяжёлых эксплуатационных условий

Литье титана по выплавляемым моделям

Такой способ чаще используется при литье отливки маленького размера с непростой конфигурацией или тонкими стенками.

Литье титана по выплавляемым моделям

Модели делаются из воска или полистирола. Модель полностью повторяет конфигурацию готового изделия, однако имеет увеличенные на величину литейной усадки размеры. Модель также в себя включает маленькие вертикальные стержни до отметки засыпки формы, используемые для формирования литьевых отверстий. Через литники в форму поступает расплавленный металл. Модели соединяют воедино в блоки, которые помещают в опоку, которую наполняют высокодисперсным графитовым порошком. Уплотнение выполняется вибрационным методом. Для достижения лучшего уплотнения порошка уплотнение делают послойно. По готовности форму с блоком моделей помешают в вакуумированную камеру и заливают в нее расплав.

Гарячий жидкий металл расплавляет материал модели и вытесняет его в виде газов прямо через стенки формы. Расплав заполняет форму, точно повторяя все детали ее рельефа. Остывание отливок проходит по специализированному графику, чтобы уменьшить вероятность появления остаточных стрессов в металле.

Материалы и оборудование для литья титана

Вследствие высокой активности нагретого титана для его литья приходится использовать своеобразное оборудование.

Плавильный аппарат и машина литья литейных форм располагаются в герметичной вакуумированной камере. Очень производительные насосы откачивают как воздух на начальной стадии, так и убирают газы, образовывающиеся при плавлении и отливке.

Машина для литья литейных форм

Обыкновенные керамические тигли для плавки не подойдут, взамен них применяют графитовые. В электродуговых печах, где нагрев идет внутри, применяют охлаждаемые емкости, покрытые тоненьким слоем металлического титана — говоря иначе гарнисажи. Сверху в тигель опускается расходуемый электрод. Автоподача поддерживает постоянное расстояние от электрода до поверхности расплава по мере его расходования.

Ниже тигля находится блок литейных установок, в который расплав подается под воздействием собственного веса. С целью улучшения распределения расплава по форме блок с формами может вращаться.

Время опрокидывания тигля устанавливается исходя из регулярно контролируемых показателей — температуры тиглей, давления, химического состава расплава.

Пресс-формы из графита

Пресс-формы производят из графита. В наши дни взамен дорогих графитовых форм начинают использовать формы из обыкновенных жаропрочных материалов с особенным тонким покрытием с защитным эффектом, мешающим вступлению титана в реакцию.

Сложность тех. процессов, большая стоимость оборудования и используемых материалов, большая квалификация персонала делают процесс отливки титана доступным лишь для специальных товарных производств.

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.