Was ist die Feingusstechnologie von Titanlegierungen?

Titanlegierungen zeichnen sich durch eine hohe chemische Aktivität, schlechte Bearbeitbarkeit und Schwierigkeiten bei der Bildung komplexer Strukturkomponenten mit herkömmlichen Gussverfahren aus. Die Feingusstechnologie für Titanlegierungen hat diese Herausforderung gemeistert, ist zum gängigen Formverfahren für komplexe und präzise Titanlegierungskomponenten geworden und fördert die umfassende Anwendung von Titanlegierungen in verschiedenen High-End-Bereichen.

 

Bildquelle: JC Casting《Was ist Titanium Investment Casting Express?

 

Dabei handelt es sich um einen Prozess, bei dem ein Wachsmodell mit der gleichen Form wie das Zielbauteil hergestellt und anschließend mit feuerfesten Materialien beschichtet wird, um eine Formschale zu bilden. Der nächste Schritt ist das Schmelzen und Entfernen des Wachsmodells durch Hochtemperaturrösten, wobei geschmolzene Titanlegierung in einer bestimmten Umgebung in die Formschale gegossen wird. Anschließend können nach dem Abkühlen, Erstarren, Schalenbrechen und anschließenden Behandlungen Präzisionsgussteile erhalten werden.

 

Vorbereitung des Wachsmusters

• Zunächst wird eine numerische Simulationssoftware eingesetzt, um den Vorbereitungsprozess zu optimieren. Die Wachsmodell- und Formmodelle werden entsprechend dem 3D-Modell des Gussstücks entworfen und die Prozessparameter werden so eingestellt, dass mögliche Fehler vorhergesagt und vermieden werden.

 

• Anschließend wird geschmolzenes Wachs in die Metallform eingespritzt. Nach dem Abkühlen wird das ursprüngliche Wachsmodell entnommen. Wachsmodelle mit Oberflächenfehlern werden nach Bedarf repariert, poliert, gereinigt und getrocknet, um glatte Oberflächen und präzise Abmessungen zu gewährleisten. In den letzten Jahren wurde die additive Fertigungstechnologie zur Herstellung von Wachsmodellen eingesetzt, was nicht nur den Formentwicklungszyklus erheblich verkürzt, sondern auch die schnelle Bildung von Wachsmodellen mit komplexen Strukturen ermöglicht.

Vorbereitung der Formschale

• Während der Vorbereitung wird das qualifizierte Wachsmodell mit einem Anschnittsystem wiederholt in feuerfeste Aufschlämmungen auf Zirkonoxid- oder Aluminiumoxidbasis- getaucht und anschließend geschliffen und getrocknet, um eine Formschale mit 4–10 Schichten zu bilden. Hochwertige Gussteile erfordern drei Schichten spezieller Formschalen, um die strukturelle Festigkeit zu erhöhen.

 

• Nach dem Trocknen wird die Formschale bei einer hohen Temperatur von 870–980 Grad geröstet, um Wachs und Wasser vollständig zu entfernen und die Formschale zu einer Keramikstruktur zu sintern. Dieser Prozess verbessert die Festigkeit, Luftdurchlässigkeit und Dimensionsstabilität der Formschale. Die Materialien der Formschalen müssen streng auf die Eigenschaften von Titanlegierungen abgestimmt sein, um Gussfehler wie Einschlüsse und Lunker durch chemische Reaktionen bei hohen Temperaturen zu vermeiden.

Schmelzen und Gießen

• Titanlegierungen weisen bei hohen Temperaturen eine extrem hohe chemische Aktivität auf, sodass das Schmelzen und Gießen in einer Vakuumumgebung mit begrenztem Druck oder unter Argonschutz erfolgen muss. Dadurch werden Reaktionen zwischen der Legierungsschmelze und Luft, Tiegeln oder Formschalen verhindert, um die Reinheit und mechanischen Eigenschaften der Gussteile sicherzustellen.

 

• Beim Schmelzen kommt die Vakuuminduktions- oder Plasmalichtbogen-Schmelztechnologie zum Einsatz. Titanlegierungsbarren werden erhitzt, um ein vollständiges Schmelzen und Homogenisieren zu erreichen und Verunreinigungen und Gase zu entfernen.

 

• Das Gießen erfordert eine präzise Kontrolle von Temperatur, Geschwindigkeit und Formfülldruck. Numerische Simulation wird verwendet, um das Angusssystem zu optimieren, Formfüllfehler vorherzusagen und zu vermeiden, eine stabile und vollständige Füllung des Formhohlraums mit der Legierungsschmelze sicherzustellen und Probleme wie Fehlläufe, Lunker und Risse zu verhindern.

 

• Nach dem Gießen muss der Guss mindestens 2 Stunden lang abgekühlt werden. Eine kontrollierte Abkühlrate reduziert innere Spannungen und vermeidet Verformungen und Risse.

Nach-Behandlung

• Schalenbrechen und Komponentenextraktion: Die Formschale wird durch Hochdruckwasserstrahlen oder Vibration zerbrochen. Der Guss wird herausgenommen und das Angusssystem wird abgeschnitten.

 

• Oberflächenbehandlung: Die verbleibende Schale und die Oxidschicht werden durch primäres Sandstrahlen mit Sand der Maschenweite 30–80 entfernt. Das Gussstück wird in einer gemischten Lösung aus Salpetersäure und Flusssäure gebeizt, um eine Oberflächenschicht mit einer Dicke von weniger als oder gleich 5 mm zu entfernen. Das sekundäre mehrstufige Sandstrahlen wird mit 80–250 Mesh Sand durchgeführt, gefolgt von Polieren, um die vorgesehene Oberflächenrauheit zu erreichen. Hochwertige Gussteile werden einer zusätzlichen Oberflächenaktivierungsbehandlung unterzogen, um die Beschichtungskompatibilität zu verbessern.

 

• Leistungsverbesserung: Wärmebehandlung, heißisostatisches Pressen und andere Prozesse werden entsprechend den Anwendungsanforderungen des Gussstücks angewendet. Es kann innere Spannungen beseitigen, Körner verfeinern und Festigkeit, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit verbessern. Einige Gussteile werden einer zerstörungsfreien-Prüfung unterzogen, um versteckte interne Mängel zu erkennen und so die Betriebssicherheit sicherzustellen.

 

• Es bietet eine hohe Umformpräzision und eine hervorragende Oberflächenqualität. Die Maßtoleranz von Gussteilen kann innerhalb von ±0,1 mm kontrolliert werden und die Oberflächenrauheit erreicht Ra1,6–6,3 μm. Dies reduziert den Umfang der nachfolgenden Bearbeitung erheblich und ermöglicht sogar eine endkonturnahe Formgebung, wodurch Herstellungskosten und Materialverschwendung gesenkt werden.

 

• Es eignet sich sehr gut zum Formen schwer zu bearbeitender Strukturbauteile wie komplex gekrümmter Oberflächen, dünnwandiger Teile und kleiner Hohlräume. Es vermeidet die negativen Auswirkungen von Prozessen wie Schweißen und Löten auf die Festigkeit und Integrität von Gussteilen.

 

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