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.
Содержание
- Технология литья из титана
- Область применения титановых сплавов
- Основные характеристики титановых сплавов
- Литье титана по выплавляемым моделям
- Материалы и оборудование для литья титана
- Вам также могут быть интересны статьи:
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.
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
Нитинол Суть 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.
Источник: