Титанды инвестициялық құю: технология және материалдар 

Титанды инвестициялық құю технологиясының негіздері

Титанды инвестициялау құю - жоғары геометриялық дәлдікпен титан қорытпаларынан күрделі жұқа қабырғалы бөлшектерді алудың жалғыз экономикалық тиімді әдісі. Металды пайдалану коэффициенті (KIM) жиі 10-15% аспайтын механикалық өңдеуден айырмашылығы, бұл технология 60-70% көрсеткішке қол жеткізуге мүмкіндік береді, бұл қымбат шикізатпен жұмыс істегенде өте маңызды. Процесс бөліктің балауыз көшірмесін жасауға, оның айналасында керамикалық қабықшаны қалыптастыруға, балауызды алып тастауға, содан кейін балқытылған титанды вакуумға құюға негізделген.

Біздің өндірістік тәжірибеміз көрсеткендей, мұндағы табыстың негізгі факторы жабдықтың болуы ғана емес, балқу атмосферасын қатаң бақылау болып табылады. Титан 600°C жоғары температурада өте белсенді, оттегімен, азотпен және сутегімен әрекеттесіп, сынғыш альфа қабатын («альфа қабаты») құрайды. Біз пештің тығыздағышының бірнеше секундқа істен шығуы құны 50 000 еуродан асатын құймалардың бүкіл партиясын бұзуға әкелетін жағдайларды кездестірдік. Сондықтан әр кезеңдегі физикалық және химиялық процестерді түсіну ұзақ мерзімді жеткізуді жоспарлайтын сатып алушының міндетті шарты болып табылады.

Технологиялық циклге балауыз үлгілері үшін қалыптарды дайындау, блоктарды құрастыру, керамикалық қабаттарды жағу, балауыз материалын кептіру, күйдіру, қалыптарды күйдіру, вакуумдық пештерде индукциялық балқыту және өңдеу кіреді. Бұл кезеңдердің әрқайсысы көбінесе ГОСТ немесе ИСО талаптарынан асып түсетін ішкі сапа стандарттарымен реттеледі. Жеткізушіні таңдайтын инженерлер үшін процестің құны материалмен емес, көп қабатты керамика жасаудағы еңбек сыйымдылығымен және қымбат вакуумдық қондырғылардың жұмыс уақытымен анықталатынын түсіну маңызды.

Материалдарды таңдау: титан қорытпаларының сорттары және олардың қасиеттері

Қорытпаны дұрыс таңдау дайын өнімнің механикалық сипаттамаларын ғана емес, сонымен қатар оны құю арқылы алу мүмкіндігін де анықтайды. Ресейлік және халықаралық тәжірибеде ең танымал техникалық таза титан (VT1-00, 1-4 сынып) және екі фазалы альфа-бета қорытпалары (VT6, Ti-6Al-4V / 5-сынып). Дегенмен, олардың әрқайсысын пайдаланудың өзіндік технологиялық нюанстары бар, олар жобалау кезеңінде ескерілуі керек.

Техникалық таза титан жоғары коррозияға төзімділігімен және иілгіштігімен сипатталады, бірақ беріктігі төмен. Оны құю салыстырмалы түрде қарапайым, өйткені кристалдану аралығы тар, бұл ыстық крекинг қаупін азайтады. Бұл сорттарды жүк көтергіштігінен гөрі биоүйлесімділік маңызды болып табылатын химиялық жабдықтар, жылу алмастырғыштар және медициналық имплантаттар үшін пайдалануды ұсынамыз. Мысалы, VT1-00-ден жасалған агрессивті ортаны айдауға арналған сорғы корпусы тұз қышқылы ортасындағы 316L баспайтын болаттан жасалған аналогына қарағанда 3 есе ұзақ қызмет етеді.

VT6 қорытпасы (Ti-6Al-4V) бүкіл титан құю нарығының 80% құрайды. Ол жоғары меншікті беріктікті жақсы дәнекерлеу және өңдеу мүмкіндігімен біріктіреді. Дегенмен, дәл осы қорытпа салқындату жылдамдығына ең сезімтал. Жылдам салқындату кезінде пішінде тепе-теңдіксіз құрылымдар пайда болуы мүмкін, бұл бөліктің деформациясына әкеледі. Біздің тәжірибемізде клиент жеткізу уақытын қысқарту үшін жеделдетілген өндірістік циклды талап еткен жағдай болды. Нәтиже 20 МПа гидросынау кезінде крекингке әкелетін қалдық кернеулері бар клапандардың партиясы болды. Бұл тапсырысты орындау жылдамдығынан гөрі жылулық циклды сақтау маңыздырақ екенін растайды.

Газ турбиналы қозғалтқыштың компоненттері сияқты жоғары температураны қолдану үшін Ti-Al жүйесінің ыстыққа төзімді қорытпалары (мысалы, VT5-1 немесе интерметаллдар) қолданылады. Мұндай материалдарды құю интерфейсте реакцияларды болдырмау үшін балқыманың қызып кету температурасына және керамикалық қалыптың құрамына ерекше көзқарасты талап етеді. Мұндай құймалардың құны стандарттыдан 2-3 есе жоғары болуы мүмкін, бірақ олар алюминий қорытпалары қазірдің өзінде беріктігін жоғалтатын және болаттар тым ауыр болатын 600 ° C-қа дейінгі температурада компоненттерді басқаруға мүмкіндік береді.

Құймаларға тапсырыс бергенде, құйылғаннан кейінгі материалдың қажетті күйін көрсетуді ұмытпаңыз: құйылған, күйдірілген немесе ескірген. Әр түрлі күйлерде бір брендтің механикалық қасиеттері 30-40% -ға өзгеруі мүмкін. ISO 5692 стандарты титан құймаларына қойылатын талаптарды, оның ішінде кеуектіліктің рұқсат етілген деңгейлері мен газ құрамын реттейді. Осы стандартқа немесе ресейлік ГОСТ Р 56496-2015 сәйкестік сертификатының болуы жеткізушіге қойылатын ең төменгі талап болып табылады.

Процесті егжей-тегжейлі талдау

Инвестициялық құю процесі бір-бірімен байланысты операциялар тізбегі болып табылады, мұнда кез келген кезеңдегі қате сапалы өнімді алуды мүмкін емес етеді. Бұл тізбекті түсіну тұтынушыға техникалық шарттарды сауатты түрде жасауға және өндірушілердің ұсыныстарын бағалауға мүмкіндік береді.

1. Металл қалыптарды және балауыз үлгілерін жасау.Бұл кезеңде болашақ бөліктің негативі жасалады. Металл қалыптың дәлдігі балауыздың геометриясына тікелей әсер етеді. Балауыздың шөгуін (әдетте 0,8-1,2%) және кристалдану кезінде металдың кейінгі шөгуін (титан үшін шамамен 1,5-1,8%) ескеру маңызды. Төмен сапалы балауызды пайдалану немесе инъекцияның температуралық шарттарын бұзу үлгі бетіндегі ақауларға әкеледі, олар сөзсіз құймаға ауысады. Өлшем тұрақтылығын қамтамасыз ету үшін біз жоғары қысымды инжекциялық қалыптауды қолданамыз.
2. Модельдерді блоктарға құрастыру және керамикалық қабықшаны қолдану.Балауыз үлгілері «ағашты» құра отырып, қақпа жүйесіне бекітіледі. Содан кейін блокты бірнеше рет керамикалық суспензияға батырады және отқа төзімді құммен (электрокорунд, циркон) себеді. Қабаттардың саны бөліктің күрделілігіне және қалып қабырғасының қажетті қалыңдығына байланысты 6-дан 12-ге дейін өзгереді. Қабаттар арасындағы кептіру технологиясын бұзу қабықтың деламинациясына немесе құю кезінде жарықтардың пайда болуына әкеледі. Біздің тәжірибемізде біз кептіру камерасындағы ылғалдылықты 2% дәлдікпен бақылаймыз, өйткені бұл параметрдің ауытқуы ақаулардың жалпы себебі болып табылады.
3. Балауызды (де-балауыздан тазарту) және күйдіргіш қалыптарды жою.Балауызды еріту үшін блок автоклавқа немесе пешке қойылады. Балауыздың қуысынан толығымен босатылуын қамтамасыз ету өте маңызды, әйтпесе көміртегі қалдықтары металды ластауы мүмкін. Осыдан кейін қалып 800-1000°С температурада байланыстырғыштарды алып тастау және беріктік беру үшін күйдіріледі. Құю алдында қалыптың қалдық ылғалдылығы нөлге тең болуы керек, өйткені ылғалдың балқытылған титанмен әрекеттесуі металдың жарылғыш булануы мен лақтырылуын тудырады.
4. Вакуумдық индукциялық балқыту және құю.Бұл процестің жүрегі. Шихта сумен салқындатылатын кальций немесе мыс оксиді тигельінде (суық ошақта балқыту) 10^-3 Па-дан кем емес вакуумда балқытылады. Құю ауамен жанасуды болдырмау үшін сол камерада немесе ауа тығынында орналасқан қыздырылған қалыпқа тікелей жүргізіледі. Құйылған металдың температурасы, әдетте, сұйықтықты қамтамасыз ету үшін сұйықтық температурасынан 100-150 ° C-қа асып кетеді. Вакуум параметрлеріндегі кез келген ауытқу датчиктер арқылы анықталады және толтыру автоматты түрде блокталады.
5. Зеңді жою және өңдеу.Салқындағаннан кейін керамикалық қабық механикалық немесе химиялық жолмен (сілтісіздену) жойылады. Қақпа жүйесі абразивті дөңгелектер немесе электр эрозиясының көмегімен жойылады. Осыдан кейін құм себу, альфа қабатын кетіру үшін оюлау және қажет болған жағдайда ішкі кеуектілікті жою үшін ыстық изостатикалық престеу (HIP) жүргізіледі. Қорытынды бақылау рентгенография және ультрадыбыстық ақауларды анықтауды қамтиды.

Әрбір қадам арнайы жабдық пен білікті қызметкерлерді қажет етеді. Аралық кезеңдерде сапаны бақылауды үнемдеу әрекеті әрқашан дайын өнімді қайта өңдеуге немесе жоюға кететін шығындардың өсуіне әкеледі.

Типтік ақаулар және сапаны бақылау әдістері

Барлық технологиялар сақталса да, титанды құюда ақаулардың пайда болу қаупі металдың жоғары реактивтілігіне байланысты болат немесе алюминий құюға қарағанда жоғары болып қалады. Тапсырыс беруші өнімді қабылдау туралы негізделген шешім қабылдау үшін ақаулардың негізгі түрлерін білуі керек.

Газдың кеуектілігі.Балқымадағы сутегінің, оттегінің немесе азоттың еруінен туындаған ең көп таралған ақау. Көрнекі түрде макросекцияда шағын дөңгелектелген бос орындар ретінде көрінеді. Кеуектіліктің рұқсат етілген деңгейі стандарттармен реттеледі (мысалы, ASTM E2808). Стандарттардан асып кету бөліктің қажу беріктігін 40-50% төмендетеді. Мұнымен күресу үшін біз тек ең жоғары шихтаны қолданамыз және тигельді әрбір балқыту алдында газсыздандырамыз.

Керамикалық қоспалар.Олар қалып қабырғалары металл ағынымен эрозияға ұшырағанда немесе қабықтың ішкі қабаттары қабығынан тазартылғанда пайда болады. Мұндай қосындылар кернеуді концентраторлар болып табылады және жүктеме астында бөліктің сынғыш сынуына әкелуі мүмкін. Рентгендік (РТ) немесе компьютерлік томография (КТ) әдістерімен анықталады. Критикалық қолданбаларда (авиация, медицина) мұндай ақауларға төзімділік нөлге тең.

Толық толтырылған.Қалыпты металмен толтырудың толық немесе ішінара бұзылуы. Себептері: құю температурасының төмендігі, ысырма жүйесінің жұқа бөліктері немесе мерзімінен бұрын қатуы. Алдын алу құрал-саймандарды өндіруден бұрын толтыру имитациялық бағдарламалық қамтамасыз ету (MagmaSoft, ProCAST) арқылы қақпа дизайнын оңтайландыруды қамтиды.

Қалдық альфа қабаты.Беткі қабат оттегімен байытылған, ол сынғыш болады. Егер ол механикалық немесе химиялық жолмен (ою арқылы) жойылмаса, одан әрі өңдеу немесе пайдалану кезінде жарықтар пайда болуы мүмкін. Бұл қабаттың қалыңдығы әдетте 0,1-0,3 мм құрайды және оны толығымен алып тастау керек.

Біздің сапаны бақылау жүйемізге шикізаттың кірісті бақылауы, әрбір кезеңдегі жедел бақылау және дайын өнімнің шығуын бақылау кіреді. Біз клиенттерге сынақ есептерін, соның ішінде химиялық талдауды, куәгер үлгілерінің механикалық сынақ нәтижелерін және ақауларды анықтау карталарын ұсынамыз. Бұл деректердің ашықтығы B2B сегментіндегі сенімнің негізі болып табылады.

Экономикалық тиімділік және қолдану

Титанды инвестициялық құю қымбат процесс, сондықтан оны пайдалану экономикалық тұрғыдан негізделген болуы керек. Техникалық-экономикалық негіздеменің негізгі критерийі бөлік геометриясының күрделілігі және оның балама өндірісінің құны болып табылады.

Баэроғарыш өнеркәсібіқұйылған титан компоненттерін пайдалану болат аналогтарымен салыстырғанда құрылымның салмағын 20-30% азайтуға мүмкіндік береді. Мысалы, соғылған кронштейнді күрделі пішінді құйма аналогымен ауыстыру механикалық қадамдар санын 50-ден 5-ке дейін қысқартуға, жалпы өндіріс уақытын 3 аптадан 4 күнге дейін қысқартуға болады. 1 кг құйма құнының жоғары болуына қарамастан, өңдеу мен материалды үнемдеу есебінен дайын бөлшектің жалпы құны төмен.

Бмедициналық құрал жасауТехнология тапсырыс бойынша имплантанттар мен хирургиялық құралдарды өндіру үшін өте қажет. Титанның биоүйлесімділігі және күрделі ішкі арналарды шығару қабілеті оны тамаша материал етеді. Мұнда өлшемдік дәлдік пен беттің сапасы шығындардан басымдыққа ие. Клиенттеріміздің бірі, эндопротездеу өндірушісі, оссеоинтеграцияға ықпал ететін құйылған кеуекті құрылымдарды қолдану арқылы пациенттің қалпына келу уақытын 15%-ға қысқарта алды.

Химиялық инженериясонымен қатар сорғы корпустары, клапандар мен фитингтер үшін титан құюды белсенді пайдаланады. Aqua regia немесе дымқыл хлор сияқты орталарда титанның коррозияға төзімділігі құрылымдық металдар арасында теңдесі жоқ. Мұндай жабдықтың қызмет ету мерзімі 15-20 жылға жетеді, бұл жоғары бастапқы инвестицияларды жабады. Өтелімді есептеулер көрсеткендей, болат клапанды әр 6 ай сайын титан клапанына 10 жыл сайын ауыстыру компанияны ұзақ мерзімді техникалық қызмет көрсету шығындарын 40%-ға дейін үнемдейді.

Мұнай өңдеу, мұнай-химия және энергетика секторларының осындай агрессивті орталарында компания ұсынатын кешенді шешімдер өз құндылығын көрсетеді.Wuxi Kaisheng Electric Power and Petrochemical Equiment Co., Ltd.. Жоғары өнімді жылу тасымалдағыш және энергетикалық жабдықты жобалау мен өндіруге маманданған компания озық материалдарды, соның ішінде титан қорытпаларын өз өнімдеріне сәтті біріктіреді. Негізгі портфолиоға титан құбырлы жылу алмастырғыштар, ASME жоғары қысымды қондырғылар және әртүрлі коррозияға төзімді қорытпалардан (316/321 баспайтын болат, C46400 теңіз жезі, мыс-никель қорытпалары, N06625 никель қорытпалары) жасалған түтік байламдары кіреді. Қатаң халықаралық PED және ASME стандарттарына сәйкес сертификатталған өнімдер жоғары қысым мен температураға ерекше төзімділік көрсетеді, бұл оларды теңіз суын тұщыту, кеме жасау және химиялық синтез процестерінде таптырмас етеді. Компанияның жеке шешімдерді жасау тәжірибесі материалды және оны өңдеу технологиясын сауатты таңдау (күрделі компоненттерді құю немесе құбыр жүйелерін өндіру) бүкіл өнеркәсіптік нысанның сенімділігінің кілті екенін растайды.

Премиум автомобиль өнеркәсібі қозғалтқыштың инерциялық массасын азайту үшін титан уақыттық клапандар мен шатундарды енгізуді бастады. Мұнда өндіріс көлемі әлі де шектеулі болса да, жеңіл дизайнға бет бұру қол жетімді құю технологияларына сұранысты арттырады.

Кестені талдау инвестициялық құю күрделі бөлшектердің орташа және үлкен сериялары үшін оңтайлы тепе-теңдікті ұсына отырып, жаппай штамптау мен бір бөлікті өңдеу арасында орынды алатынын көрсетеді.

Жиі қойылатын сұрақтар

Титан құймаларының қабырғасының ең аз қалыңдығы қандай?

Қалыңдығы 0,5 мм болатын қабырғаларды алу технологиялық тұрғыдан мүмкін, алайда қалыпты ақауларсыз тұрақты толтыруды қамтамасыз ету үшін қабырғалардың ең аз қалыңдығы 1,5-2,0 мм болатын бөлшектерді жобалауды ұсынамыз. Қалыңдықты осы мәннен төмен төмендету құю температурасы мен қысымын айтарлықтай арттыруды талап етеді, бұл металдың зең мен дәннің өсуімен реакциясының қаупін арттырады. Біздің тәжірибемізде біз медициналық бұйымдарға арналған 0,8 мм қабырғаларды сәтті құйдық, бірақ бұл режимдерді жеке әзірлеуді талап етті және партияның құнын 35% -ға өсірді.

Титан құймаларын дәнекерлеуге бола ма?

Иә, құюда қолданылатын титан қорытпаларының көпшілігі (әсіресе VT6 және коммерциялық таза титан) тамаша дәнекерлеу қабілетіне ие. Дегенмен, дәнекерлеу алдында беткі альфа қабатын алып тастау және түйісу аймағын мұқият майсыздандыру қажет. Дәнекерлеуді қосымша жергілікті дәнекерлеу қорғанысы бар қорғағыш газ ортасында (тазалығы жоғары аргон) жүргізу керек. Жиектерді дұрыс дайындамау жылу әсер еткен аймақта кеуектілікке және жарықтарға әкелуі мүмкін. Біз сенімді қосылымдарды қамтамасыз ету үшін қорытпаның әрбір жаңа партиясында дәнекерлеу қабілетін сынаймыз.

Құймалардың бірінші партиясын өндіру уақыты қанша?

Сызбаларды қабылдаудан алғашқы үлгілерді жеткізуге дейінгі толық цикл әдетте 6-8 аптаға созылады. Бұл кезеңге қақпақ жүйесінің 3D моделін әзірлеу (1 апта), балауыздан металды қалып жасау (3-4 апта), балауыз үлгілерін сынау, керамикалық бұйымдарды қолдану және сынақ балқыту (2-3 апта) кіреді. Бұл кезеңді қысқарту белгілі бір операцияларды параллель орындау немесе бірегей бөлшектер үшін сирек қолданылатын қолданыстағы стандартталған жабдықты пайдалану арқылы ғана мүмкін болады. Өндірістің тоқтап қалуын болдырмау үшін сатып алуды осы_жеткізу уақытын_ ескере отырып жоспарлаңыз.

Ішкі кеуектіліктің болмауына кепілдік бересіз бе?

Құйылған металдардағы кеуектіліктің толық болмауына физикалық түрде қол жеткізу мүмкін емес, бірақ біз кеуектілік деңгейлері ASTM E2808 немесе тұтынушы келісілген сипаттамаларға сәйкес келетінін қамтамасыз етеміз. Сыни бөлшектер үшін біз ішкі микрокеуектерді жабуға және металдың тығыздығын 99,9% дейін арттыруға мүмкіндік беретін ыстық изостатикалық престеу (HIP) технологиясын қолданамыз. Бұл ультрадыбыстық бақылау және рентгенография арқылы расталады. Келісімшартта біз қабылдау кезінде келіспеушіліктерді жою үшін рұқсат етілген өлшемдер мен ақаулардың санын нақты көрсетеміз.

Қорытынды және жеткізушіні таңдау бойынша ұсыныстар

Титанның жоғалған балауыз құюы балауызды құюдың ежелгі принциптерін озық вакуумдық технологиямен үйлестіре отырып, металлургиялық шеберліктің шыңы болып қала береді. Өнеркәсіптік тұтынушылар үшін бұл басқа өндіріс әдістеріне қол жетімсіз мәселелерді шешуге арналған құрал: күрделі конфигурациялардың жеңіл, берік және коррозияға төзімді жинақтарын жасау.

Серіктесті таңдаған кезде құйма килограмының бағасына ғана емес, сонымен қатар өзіңіздің бұзылмайтын сынақ зертханасының болуына, қорытпалардың нақты сорттарымен жұмыс істеу тәжірибесіне және технологиялық процестің ашықтығына назар аударыңыз. Жеткізушінің Өндіріске арналған дизайн (DFM) инженерлік қолдауын ұсына алу мүмкіндігі көбінесе тікелей баға жеңілдіктеріне қарағанда көбірек ақша үнемдейді. Wuxi Kaisheng LLC сияқты компаниялардың тәжірибесі көрсеткендей, материалтану саласындағы терең тәжірибені өндірістік мүмкіндіктермен біріктіру бізге ең қатал жағдайларда ондаған жылдар бойы жұмыс істейтін жабдықты жасауға мүмкіндік береді.

Біз құю үлгілері мен механикалық сынақ есептерін ұсына отырып, өз мүмкіндіктерімізді өмірден алынған мысалдармен көрсетуге дайынбыз. Бізбен ынтымақтасу жобаның әрбір кезеңінде белгіленген мерзімдерге, халықаралық сапа стандарттарына және техникалық сараптамаға сәйкестікке кепілдік береді.

Егер сіздің жобаңыз сенімді титан құрамдастарын қажет етсе, техникалық құжаттама мен шығындар сметасын талқылау үшін инженерлерімізге хабарласыңыз.Бүгін бізге хабарласыңызегжей-тегжейлі коммерциялық ұсыныс және қажеттіліктеріңізге оңтайлы қорытпаны таңдау бойынша кеңес алу.