Литье титана по выплавляемым моделям

Особенности литья металлов

Литье титана по выплавляемым моделям

Литье металла – это востребованный технологический процесс, который позволяет изготавливать металлические изделия нужной формы. Проводится отливка из разных сплавов, обладающих той или иной степенью жидкотекучести в расплавленном состоянии.

Такой способ выполнения позволяет выпускать качественную продукцию без применения громоздкого оборудования и огромного количества работников. На современном рынке эта технология пользуется огромным спросом, а также входит в десятку самых эффективных и применяемых в мире.

В процессе производства проводится заливка расплавленного материала в специальные формы. После охлаждения он принимает нужную форму и подвергается последующей обработке. Используются такие изделия в различных отраслях экономики:

  • автомобилестроение;
  • авиационная промышленность;
  • машиностроение;
  • стоматология;
  • ортопедия;
  • ювелирное производство.

Для разных видов сплавов используется определенная технология литья, позволяющая добиться нужных качеств в готовом изделии и избежать брака. Для литейного производства используются разные виды компонентов. Они обладают высоким показателем жидкотекучести. Это свойство сплава определяется:

  • химическим составом;
  • структурой металлического сплава;
  • температурой плавления.

Наиболее востребованными в промышленности являются металлы, имеющие низкую температуру плавления, так как их производство менее затратное. Чем ниже температура плавления материала, тем легче производится его отливка.

Металлы для заливки

В нужную форму специалисты могут отлить любой подготовленный сплав в расплавленном состоянии. Проблема состоит в том, что каждый вид материала имеет свою особенную температуру плавления и разную степень жидкотекучести. Чаще всего в промышленном литье используются металлы с низкой температурой плавления.

Компоненты, пригодные для литья, разделяют на черные, цветные и редкоземельные.

К черным относятся сталь, литейный и ковкий чугун. Все остальные сплавы относят к цветным и редкоземельным.

Для каждого вида сплавов используются специальные методы литья, позволяющие изготавливать изделия из следующих материалов:

  • стали;
  • чугуна;
  • алюминия;
  • меди;
  • латуни;
  • золота;
  • серебра;
  • платины;
  • никеля;
  • титана;
  • бронзы;
  • магния.

За все время существования литейного производства было разработано много разных технологических решений с разными условиями отливки.

При отливке изделий из черных металлов используют 5 видов стали с разным содержанием углерода. Изделия с повышенной прочностью отливают из легированной стали.

Это самый распространенный материал, который используется для промышленной заливки.

Методы литья деталей

Для производства деталей станков и иной продукции высокоточного машиностроения используется обычный ковкий чугун и чугун перлитный, обладающей хорошей пригодностью к обработке.

Литейный чугун, который используется в разных сферах производства, делят на четыре вида:

  • белый;
  • серый;
  • отбеленный;
  • половинчатый.

Его отливка отличается низкой себестоимостью, сам материал имеет небольшую прочность и обрабатывается при помощи обычного резания.

Более прочным материалом для оливки считается чугун, в состав которого входит шаровидный графит.

Широко применяются для заливки сплавы цветных металлов, прежде всего медь и алюминий. Они отличаются высокой устойчивостью к коррозии и стоят недорого.

Самой дорогой считается технология производства титанового сплава, требующая соблюдения особенных условий заливки и остывания. Такой редкоземельный сплав используется для высокотехнологичных отраслей экономики, таких как авиакосмическая индустрия или медицина.

Сплавы драгоценных металлов используются при отливке ювелирных, медицинских изделий или деталей для электроники.

Литьё металла

Способы отливки изделий из металлических сплавов

Современное литейное производство кроме традиционной технологии заливки жидкого металла в песчаные формы применяют и другие высокотехнологичные, производительные способы литья:

  • вакуумный;
  • центробежный;
  • под давлением;
  • центробежный;
  • оболочковый;
  • многократный;
  • ртутный;
  • по выплавляемым моделям;
  • электрошлаковый.

Высокотехнологичные виды литья позволили создавать металлические изделия с определенными качествами при высокой производительности труда и минимальном браке.

Чаще всего сегодня в промышленных масштабах используются следующие технологии производства:

  • в металлические формы (коколь);
  • статическое литье;
  • отливка под давлением;
  • в оболочковые формы;
  • в выплавляемые модели.

При выполнении статической заливки используются неподвижные формы, в которые разливают жидкий металл. Готовые изделия достают после того, как они остынут в неподвижной модели.

Производство титана

Для изготовления высокопрочных сплавов из титана и стали применяют вакуумную отливку, позволяющую снизить в металле содержание газов. Таким способом создают более плотную структуру металлического сплава с помощью плавления в вакууме. Затем горячий металл разливают в многократные емкости, в которых он остывает.

При введении технологии отливки под давлением применяется специальное оборудование, с помощью которого заполняют пресс-формы жидким металлом. Он подается под высоким давлением в диапазоне 7–700 МПа.

Такой способ производства выполняется машинами горячего или холодного прессования.

Выполняется эта технология для заливки алюминиевых, медных, цинковых и оловянно-свинцовых сплавов. Все эти металлы обладают низкой температурой плавления, что увеличивает технологические характеристики изделий из них.

Холодные и горячие способы литья под давлением позволяют получать изделие с идеально точными размерами и ровной поверхностью, которую не нужно после завершения процесса дополнительно обрабатывать.

Такая технология позволяет повысить производительность труда. А также она сокращает время всего технологического цикла, упрощает изготовление металлического изделия. У нее имеются также недостатки, к которым относится невозможность производить продукцию сложной конфигурации, так как они могут при вынимании из пресс-формы деформироваться. Таким способом производят только металлическую продукцию, имеющую небольшой диаметр.

Читайте также  Где используется титан

При центробежном литье применяются специальные вращающиеся в горизонтальной или вертикальной плоскости формы.

Действие центробежных сил обеспечивает равномерное заполнение всех полостей в отливочной форме. Внедряется такая технология отлива при производстве труб, втулок или металлических дисков. А также ее применяют при отливке ажурных ювелирных изделий.

Издержки процессов

Для уменьшения убыточности процесса обычные способы литья в одноразовые модели были модернизированы с созданием высокопрочных полимерных составов. Для этого стали производить отливку в оболочковые емкости, изготовленные из термореактивного порошкообразного полимера. Он при воздействии температуры превращается в твердую оболочку, формирующую жидкий сплав.

Таким способом отливаются радиаторы водяного и парового отопления, узлы автомобилей, станков, самолетов и других видов высокотехнологичных механизмов. Эта технология позволяет получать детали большого размера и любой сложной модификации.

Традиционной считается отливка в кокиль, когда используется прочная форма.

Из нее вытаскивается деталь после отвердения металла. Таким способом производят простые стальные изделия небольшого размера. Чаще всего в кокиль отливаются медные и алюминиевые сплавы с невысокой температурой правления.

Модель для них делается из жаропрочной стали или чугуна, имеющих боле высокую температуру плавления чем медь или алюминий.

К преимуществам такой технологии следует отнести:

  • невысокую себестоимость производственного процесса и возможность его недорогой автоматизации;
  • простоту исполнения;
  • сохранность отливочных форм, которые используются неоднократно;
  • точность параметров изготовленных изделий;
  • качественную структуру металла, в которой не будет неметаллических частиц;
  • гладкую поверхность изделия, которая получается при таком способе отливки.

Традиционная технология отливки по выплавляемым моделям сегодня усовершенствовалась благодаря появлению новейших материалов.

Если раньше модель для заливки сплава делали из дерева или иной органики, которая могла быть разрушена высокими температурами при выжигании, то сегодня используются легкоплавкие материалы, такие как парафин и стеарин.

Отливка по выплавляемым моделям применяется при отливке художественной продукции со сложной конфигурацией. Это затратная технология отлива, которая используется при создании памятников или иных художественных изделий.

Стальную емкость для такой заливки делают на основе моделей из легкоплавких материалов, она имеет точные размеры, а ее поверхность тщательно полируют.

Виды отливочных форм

Для литья металлов пускают в ход разные емкости, которые разделяют на песочные, применяемые только один раз во время оливки, а также многократные. Многоразовые отливочные емкости делают из разных материалов:

  • чугуна;
  • жаропрочной стали;
  • огнеупорной керамики;
  • графита.

Отливочная форма из графита

Широко распространены чугунные кокили и изложницы. При изготовлении продукции из алюминия, меди и других цветных сплавов выполняют металлические формы из чугуна, меди и латуни.

Такое решение было принято давно, оно позволяет легко проводить подготовку материалов к основному процессу. Сам процесс длится недолго, модели выходят высокого качества. При выполнении этой технологии привлечение большого количества рабочих не требуется.

Металлические отливочные емкости бывают открытыми и закрытыми. Открытые – это изложницы, а закрытые – кокили. В закрытых емкостях имеется полость, повторяющая размеры выплавляемой детали. Заливка жидкого металла в них проводится через специальное отверстие.

Оболочковые отливочные емкости используются при заливке сплавов цветных и драгоценных металлов, а также изделий из стали. Для отливки сплавов цветных металлов их делают из порошкообразного диоксида кремния или гипса.

При изготовлении продукции из золота, платины и серебра пресс-форму делают из легкоплавкого материала, который заполняется ртутью, парафином или пластмассой, что позволяет создавать продукт сложной конфигурации небольшой толщины.

Настолько щепетильная работа требует от всего персонала высокой точности и квалификации. Каждый этап производства проводится в оптимальных условиях, способствующих выходу только качественной продукции.

: Отливка деталей в песчаные формы на заводе Амурский металлист

Источник: https://promzn.ru/obrabotka-metalla/lite.html

Установки центробежного литья

Индукционный нагрев и контролируемая атмосфера, в сочетании с центробежным литьем позволяют наладить производство высококачественных и высокоточных деталей из множества металлических материалов, таких как, латунь, бронза, серебро, платина, нейзильбер, сталь и титан.

Высокое потребление электроэнергии при индукционном нагреве целиком компенсируется кратчайшими сроками плавления (для плавления 500 г золота требуется лишь 2 мин, а для 400 г платины всего 1 мин), в конечном счете обеспечивая огромный выигрыш по энергии. Простота в обращении, микропроцессорный контроль, блочная организация прибора, минимальные размеры — вот лишь некоторые основные преимущества данных установок. Устройство способно производить отливку металлов с температурой плавления до 2000ОС.

При этом, вихревые токи, возникающие при индукционном нагреве, гомогенно перемешивают содержимое тигля, обеспечивая равномерность состава отливки, что особенно важно при литье из сплавов и практически недостижимо с помощью других методов литья. Микропроцессорный контроль обеспечивает высочайшую воспроизводимость условий литья и, таким образом, гарантирует отсутствие изменений в структуре серийных отливок.

Дополнительным преимуществом прецизионного литья является минимизация отходов при механической обработке конечных деталей, что особенно важно для золота и платины. Системы Platicast и Supercast соответствуют всем известным отраслевым стандартам. Специально для литья титана существует ряд установок серии Titancast.

Читайте также  Твердость титана по роквеллу

Максимальный вес отливок из некоторых материалов

Тип Platicast 5000 Platicast 5000 Vac Supercast Supercast Vac
Размеры, мм 920x900x1500 920x900x1500 844x670x1900 (генератор) 1500х1500х1900 (литейный агрегат)  844x670x1900 (генератор) 1500х1500х1900 (литейный агрегат)
Вес, кг 420 470 1030 1030
Электропитание, В/Гц/Фазы 400/50/3 400/50/3 400/50/3 400/50/3
Макс. потребляемая мощность, кВ.А 10,0 10.0 68  68
Номинальная частота, Гц 880 880 20 20
Полезная мощность, кВт 5,0 5,0 30,0 30,0
Потребление воды, 4 атм, л/мин 6 6 20 20
Вакуум 10-3 атм 5.10-6 атм
Шиберный насос + +
Продувка защитным газом + + + +
Макс. скорость вращения центрифуги, об/мин 500 500 300 300
Размеры камеры, макс. диаметр х длина, мм 130х195 130х195 200х350 200х350

Максимальный вес отливок из некоторых материалов

Материал Platicast Supercast Ti700Vac Supercast Titan HFS 3,3Ti
Титан 350 г 2000 г 40 г
TiAl 350 г 1800 г 40 г
Платина 450 г 2000 г 600 г 2000 г 100 г
Золото 1000 г 4000 г 1200 г 4000 г 120 г
Серебро 800 г 3500 г 1000 г 3500 г 100 г
Бронза 750 г 3000 г 1000 г 3000 г 100 г
Медь 750 г 3000 г 1000 г 3000 г 100 г
Латунь 750 г 3000 г 1000 г 3000 г 100 г
CrNi-сталь 500 г 3500 г 800 г 3500 г 80 г
Нейзильбер 750 г 3500 г 1000 г 3500 г 100 г

Методика изготовления методом индукционного центробежного литья включает несколько стадий. Фирма Linn обладает возможностями обеспечения полного производственного цикла, подобного уже реализованной линии производства титановых и титан-алюминиевых деталей (лезвий турбин и шестерней турбокомпрессоров).

В данной автоматической линии для литья реализовано централизованное программное управление печами предварительного нагрева, установками центробежного литья и печами для обжига и прокалки. Линия состоит из блока предварительного нагрева тиглей до 120ОС, двух карусельных печей для прогрева форм для отливки (1100ОС), двух литейных блоков, одной конвейерной печи для обжига и закалки отливок и центрального блока управления.

Программное обеспечение позволяет сохранить все параметры системы, необходимые для отливки конкретной детали, и в случае необходимости ее повторного запуска в производство, практически мгновенно восстанавливает необходимые настройки.

Линия может быть легко адаптирована исходя из конкретных задач производства заказчика, например, конвейерное охлаждение с точными параметрами циклов закалки и остывания можно заменить на камерную печь или какое-либо другое устройство равномерного или быстрого охлаждения. Возможна практически любая компоновка линии в соответствии с пожеланиями заказчика.

Индукционное литье титана — Titancast

Детали из титана, изготовленные на установке Linn Titancast.

Титан и сплавы на его основе стоят особняком в ряду металлов ввиду сложности их конечной механической обработки. Многие детали из данных материалов, особенно достаточно мелкие, гораздо удобнее изготавливать методом прецизионного литья и сводить механическую обработку к минимуму.

Титан требует достаточно высокого вакуума, достижение которого в обычных печах приводит к значительному удорожанию конструкционных материалов. В случае индукционного нагрева, вся излучаемая энергия переходит в металл, а не в детали конструкции камеры, что позволяет использовать более экономные низкотемпературные виды изоляции с полным сохранением необходимых характеристик.

Ряд установок для литья титана и его сплавов фирмы Linn включает три модели, которые позволяют проводить отливку деталей весом от 40 г до 2 кг. Блочная конструкция установок позволяет осуществить легкую замену деталей при выходе их из строя, а также легкую замену камеры для отливки для работы без вакуума, например, со сталью.

Реализация центробежного принципа литья обеспечивает равномерное заполнение формы металлом и позволяет избежать потерь исходного материала. Доступно огромное количество тиглей различной формы из разных материалов.

Карусельная печь и печь для выжигания модельной массы из керамических форм

Источник: http://smkom.ru/liteynoe-oborudovanie/ustanovki-centrobezhnogo-litya/

Литье титана

Титан — молодой металл. Он был открыт в конце 18 века. Титан обладает высокой температурой плавления (1670 °C), малым удельным весом (4.5 г/см3) и высокой прочностью и коррозионной стойкостью.

Титан

Высокая цена и сложность обработки металла обуславливают его относительно узкое применение в промышленности — только для самых ответственных деталей. Из легкого и прочного металла делают высоконагруженные детали и узлы в аэрокосмической, оборонной и нефтяной отраслях.

Технология литья из титана

Сложность технологии титанового литья обуславливается высокой температурой плавления и очень высокой химической активностью жидкого титана. Он пытается вступить в реакцию со всеми газами, содержащимися в воздухе. Поэтому литье титана традиционно проводили в атмосфере инертных газов. Для этого плавильные печи изолировали от атмосферы, нагнетая в них специальные газы и создавая избыточное давление.

Технология литья из титана

Впоследствии были разработаны вакуумные плавильни-литейные установки. Они объединяют в одном вакуумированном объеме, процессы расплавления металла, его литья и остывания отливки. Литье производится в графитовые формы. Наравне с этой технологией применяется и метод вакуумного литья по выплавляемым моделям. Используется также и технология оболочечного литья.

Читайте также  Анодирование титана в домашних условиях

Современные методы литья позволяют получать прочные и однородные отливки, удовлетворяющие самым придирчивым конструктивным требованиям. Метод литья также обладает преимуществом перед механической обработкой на станках и сваркой лучшим коэффициентом использования металла. Многие производители стали шире применять литые детали вместо фрезерованных.

В художественном литье металл широкого применения не нашел из-за сложности производства. Широкую известность в мире искусства получила первая отлитая из титана статуя Юрия Гагарина в Москве.

Область применения титановых сплавов

Титан обладает прекрасными конструкционными свойствами: он прочен (вдвое прочнее алюминия), легок (почти вдвое легче стали), упруг, не ржавеет, хорошо выдерживает напряжения растяжения, сжатия и скручивания.

От широкого применения легкого и прочного металла сдерживает его высокая стоимость и сложность обработки. Из титана делают самые ответственные высоконагруженные детали в аэрокосмической отрасли — там, где малый вес важнее высокой цены.

Это как детали планера самолета, так и детали двигателя — крыльчатки нагнетателей и воздухозаборники.

Область применения титановых сплавов

Титан также широко применяется в производстве вооружений — от деталей стрелкового оружия и бронежилетов до корпусов подводных лодок, выдерживающих погружение на рекордные глубины в 1000 метров.

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

Прокат и литье из титана применяется также для производства деталей элитных и гоночных автомобилей и мотоциклов, велосипедов и часов.

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

Основные характеристики титановых сплавов

Высокая реакционная способность титана позволяет производить его сплавы со многими металлами, получая материалы со значительно улучшенными и даже уникальными свойствами.

Формы титана

Сплав с никелем Нитинол обладает эффектом «памяти формы» и широко используется в медицине и аэрокосмической отрасли

НитинолСуть эффекта памяти

Сплавы с алюминием отличаются стойкостью к продолжительному нагреву и коррозионной устойчивостью, что позволяет применять их в авиации и автостроении.

Сплав с барием используется как  газопоглотитель в электронно-лучевых трубках и высоковакуумных насосах.

Широко применяется сплав с алюминием. Ti-6Al-4V (или ВТ6), примерно  6% алюминия и около 4% ванадия. На него уходит почти половина производимого титана.

Ферротитан

Ферротитан (сплав с железом, содержащий 18—25% титана) используют при производстве стали для ее раскисления и для связывания неметаллических примесей

Титан используется и как присадка для легирования специальных сталей: высокопрочных, жаростойких и для особо тяжелых условий эксплуатации

Литье титана по выплавляемым моделям

Этот метод чаще применяется при литье отливки небольшого размера со сложной конфигурацией или тонкими стенками.

Литье титана по выплавляемым моделям

Модели изготавливаются из воска или полистирола. Модель полностью повторяет конфигурацию готового изделия, но имеет увеличенные на величину литейной усадки размеры. Модель также включает в себя небольшие вертикальные стержни до уровня засыпки формы, применяемые для формирования литьевых отверстий.

Через литники в форму поступает расплавленный металл. Модели объединяют в блоки, которые помещают в опоку, которую заполняют высокодисперсным графитовым порошком. Уплотнение производится вибрационным методом. Для достижения лучшего уплотнения порошка уплотнение производят послойно.

По готовности форму с блоком моделей помешают в вакуумированную камеру и заливают в нее расплав.

Раскаленный жидкий металл расплавляет материал модели и вытесняет его в виде газов прямо через стенки формы. Расплав заполняет форму, в точности повторяя все детали ее рельефа. Остывание отливок проводится по специальному графику, чтобы снизить вероятность возникновения остаточных напряжений в металле.

Материалы и оборудование для литья титана

Вследствие высокой активности нагретого титана для его литья приходится применять специфическое оборудование.

Плавильный агрегат и машина литья литейных форм размещаются в герметичной вакуумированной камере. Высокопроизводительные насосы откачивают как воздух на начальном этапе, так и удаляют газы, образующиеся при плавлении и отливке.

Машина для литья литейных форм

Обычные керамические тигли для плавки не подходят, вместо них используют графитовые. В электродуговых печах, где нагрев идет изнутри, используют охлаждаемые емкости, покрытые тонким слоем металлического титана — так называемые гарнисажи. Сверху в тигель опускается расходуемый электрод. Автоматическая подача поддерживает постоянное расстояние от электрода до поверхности расплава по мере его расходования.

Ниже тигля находится блок литейных установок, в который расплав подается под действием своего веса. Для улучшения распределения расплава по форме блок с формами может вращаться.

Время опрокидывания тигля определяется исходя из постоянно контролируемых параметров — температуры тиглей, давления, химического состава расплава.

Пресс-формы из графита

Пресс-формы делают из графита. В последнее время вместо дорогостоящих графитовых форм начинают применять формы из обычных огнеупорных материалов со специальным тонким защитным покрытием, препятствующим вступлению титана в реакцию.

Сложность технологических процессов, высокая цена оборудования и расходных материалов, высокая квалификация персонала делают процесс отливки титана доступным лишь для специализированных промышленных производств.

, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник: http://StankiExpert.ru/spravochnik/litejjnoe-proizvodstvo/lite-titana.html

Понравилась статья? Поделить с друзьями: