티타늄 및 티타늄 합금 주조 주조 생산 공정
티타늄 및 티타늄 합금은 저밀도, 높은 비강도, 내식성, 작은 선팽창 계수, 우수한 생체 적합성 등 우수한 특성을 가지고 있습니다. 그들은 항공, 항공 우주, 해상 운송, 화학 산업, 야금, 의료 및 건강 및 기타 산업에서 없어서는 안될 구조 재료입니다. 산업계에서 초기에 사용된 티타늄 및 티타늄 합금 부품은 용도가 증가하고 적용 범위가 확대됨에 따라 가공량이 많고 재료 활용도가 낮으며 생산 비용이 높다는 단점이 반영된 변형 부품이었습니다. 주조 기술이 발전한 것입니다. 티타늄 주조는 비교적 경제적이고 구현하기 쉬운 거의 성형 공정입니다. 티타늄 및 티타늄 합금은 용융 상태에서 높은 화학적 활성을 가지므로 일반적으로 사용되는 다양한 내화물과 화학적으로 반응해야 하며, 제련 및 주조는 매우 어렵습니다. 또한 특수 제련 및 주조 장비도 있어야 합니다. .
1) 제련 공정:
우리나라 티타늄 주조 제련 및 주조 장비의 90% 이상이 진공 소모성 전극 아크 응축로와 원심 주조를 사용합니다. 도가니는 수냉식 구리 도가니이며 티타늄 액체의 최대 주입량은 500kg입니다.
소모성 전극 아크 용해 방식은 티타늄 또는 티타늄 합금으로 만들어진 소모성 전극을 음극으로 사용하고, 수냉식 구리 도가니를 양극으로 사용하는 방식으로, 고전류 용해에서는 티타늄 전극의 용해 속도가 빨라집니다. 응축 속도에 따라 용융된 전극은 액적 형태로 도가니에 들어가 용융 풀의 표면이 아크에 의해 가열되어 액체 상태로 유지됩니다. 바닥 및 도가니와 접촉하는 주변 영역은 물 순환에 의해 냉각되어 상향식 결정화가 발생합니다. 이 방법은 구조가 간단하고 유지관리 비용이 저렴하며 대형화가 용이하다는 장점이 있지만, 주입 온도 조절이 어렵다는 단점이 있습니다. 그렇지 않으면 온도가 급격히 떨어지고 용융 금속의 과열이 높지 않아 액체 유동성과 공급 능력이 저하됩니다. 소모성 전극 아크 용해는 전극 품질에 대한 요구 사항이 높으며 전극의 조밀한 내부 구조가 필요합니다. 제련 과정에서 위험이 큽니다. 조심하지 않으면 아크가 도가니를 손상시켜 순환하는 물이 도가니의 외벽을 강제로 냉각시켜 도가니에 들어가 티타늄 액체를 오염시키고 수증기가 발생하게 됩니다. 진공 펌프 시스템을 손상시키십시오.
2) 주조 캐비티 기술:
티타늄 합금 주조의 성형 기술에는 주로 금속 금형, 가공 흑연 금형, 금속 표면 세라믹 금형 쉘 및 산화물 세라믹 금형 쉘이 포함됩니다.
1) 금형
티타늄 합금 주조 분야에서 주조에 사용되는 금속재료로는 주로 구리, 강철, 주철, 텅스텐, 몰리브덴 등이 있으며 흑연도 있다. 처리 모델을 총칭하여 하드 몰드 시스템이라고 합니다. 이 방법은 공정 분리 등의 어려움으로 인해 복잡한 형상의 티타늄 주물 제작이 어렵고 대부분 특정 주물에만 사용됩니다.
2) 흑연형
기계가공형 흑연형은 강도가 높고 항복 특성이 좋지 않아 액체 티타늄의 담금질을 유발하여 주조 표면에 균열 및 보냉이 발생하는 경우가 많습니다. , 이는 생산 비용을 증가시키고, 생산 주기가 길어집니다. 흑연은 기공이 크고 수분을 쉽게 흡수하므로 가공된 흑연은 사용하기 전에 탈지 및 탈기해야 합니다. 그렇지 않으면 주물의 표면이 심각하게 산화됩니다. 주조물의 크기는 상대적으로 크고, 벽은 상대적으로 두껍고(≥5mm), 모양은 단순하며, 필요한 수량은 1개 또는 몇 개에 불과합니다. 가공된 흑연 버전을 선택하세요.
3) 세라믹 유형
(1) 금속 표면 세라믹 쉘은 내화성 금속 텅스텐 분말을 내화물로 사용합니다. 금속 텅스텐은 융점이 높아 접촉 시 화학적으로 안정합니다. 티타늄 액체는 좋은 특성을 가지고 있지만 텅스텐 분말은 순도가 높아야 하며 불순물 함량이 지정된 표준을 초과해서는 안 됩니다. 그렇지 않으면 티타늄 주조의 품질에 영향을 미칩니다. 텅스텐 표층 용융 모델 쉘은 용제로 탈랍해야 하며 특수 탈랍 탱크에서 수행되므로 인체 건강에 매우 해롭고 환경을 오염시킵니다. 텅스텐 표면 쉘의 고온 로스팅은 환원 분위기에서 수행되어야 합니다. 탈왁스 후 쉘 표면에 퇴적된 금형 재료의 재는 붓는 동안 액체 티타늄과 쉽게 반응하여 형성될 수 있습니다. 주물 표면의 기공. 코팅 슬러리는 공정 성능이 좋지 않고 서스펜션이 좋지 않으며 서비스 수명이 짧고 보관이 어렵고 가격이 높습니다.
(2) 산화물 세라믹 쉘은 표면 쉘 내화물로 불활성 산화물을 사용합니다. 다양한 산화물 재료는 SiO2, MgO, Al2O3, CaO, ZrO2, Y2O3, ThO2와 같이 화학적 안정성이 낮은 것부터 높은 것부터 용융 티타늄 합금까지 순서대로 배열됩니다. ThO2는 기본적으로 방사능으로 인해 더 이상 사용되지 않습니다. CaO는 수분을 쉽게 흡수하므로 적용을 방해합니다.
현재 정밀 주조 쉘의 표면층과 인접한 표면층에 사용되는 재료는 주로 Y2O3 및 ZrO2입니다.
안정화되지 않은 ZrO2는 동소체 변태를 일으키기 때문에 주조 티타늄의 모형 재료로 사용할 수 없습니다. 입방정 또는 단사정계 결정이 정방정계 결정으로 변환되면 약 9%의 부피 변화가 수반되어 금형 쉘에 균열이 발생합니다. 일반적으로 ZrO2에 4%~8%의 CaO를 첨가하면 고온 전기융합 또는 하소 후 안정적인 ZrO2 고용체를 얻을 수 있습니다(Y2O3에 의해 안정화될 수도 있음). 산업에서는 대부분 ZrO2를 사용합니다.
Y2O3는 ZrO2와 마찬가지로 티타늄 합금 모형 재료로 사용되기 전에 고온 안정화 처리를 거쳐야 합니다. Y2O3 세라믹 쉘은 열전도율이 낮고 강도가 높은 장점이 있으며 주조 주물의 표면 품질이 좋습니다. 그러나 Y2O3는 상대적으로 비싸고 조달하기 어렵습니다.
우리나라의 티타늄 주조 산업은 비교적 빠르게 발전했으며 최근 몇 년 동안 새로운 티타늄 주조 공장이 추가되었습니다. 현재 전국에 거의 20개의 티타늄 주조 생산 공장과 연구 기관이 있으며 새로 추가된 티타늄 주조 공장도 티타늄 투자 정밀 주조에 제품을 배치하고 있습니다. Shaanxi Jinhan Rare Precious Metals Co., Ltd.는 하얼빈과 협력하고 있습니다. 공과대학과 서안통신대학은 수년 동안 기술 교류와 협력을 진행해 왔으며 티타늄, 니켈, 지르코늄 및 그 합금의 정밀 주조 생산에 전념해 왔습니다. 정밀 주조 및 가공된 흑연 주형으로 보완됩니다.
티타늄 및 티타늄 합금 주조 기술의 발전과 성숙도 증가, 열간 등압 성형(HIP) 기술의 탄생 및 티타늄 합금 주조에 대한 성공적인 적용과 함께 주조 문제가 더 잘 해결되었습니다. . 품질 문제를 해결하고 주물의 신뢰성을 향상시킵니다. 1980년대 이래로 항공, 우주항공 및 기타 분야에서 티타늄 및 티타늄 합금 주물의 적용이 매년 20%씩 증가했습니다. 주조 기술 측면에서는 단일 주조에서 여러 개, 수십 개의 부품으로 구성된 대규모 일체형 주조로 발전했습니다. 적용 범위는 응력이 거의 없는 초기의 중요하지 않은 고정 구조 부품부터 항공기 엔진의 구성 요소로 발전하여 일부 변형된 티타늄 합금, 알루미늄 합금 및 강철 부품을 완전히 대체했습니다.
항공기 엔진의 추력 대 중량 비율 및 강성 요구 사항이 증가함에 따라 일부 주요 티타늄 합금 구성 요소는 크고 복잡하며 벽이 얇은 단일 부품 정밀 주조로 제작되어야 합니다. 일부 고급 항공 대형 터빈 엔진 팬 케이싱, 중간 케이싱, 전면 케이싱, 압축기 케이싱 등에 티타늄 합금 정밀 주조를 사용하기 시작했습니다. 대형 여객기의 공기 덕트, 방열판, 브래킷, 프레임, 트러니언, 지지 프레임, 브레이크 하우징 등도 티타늄 합금 정밀 주조로 대체됩니다.
군용 항공기에서는 지지대, 프레임, 브래킷, 브레이크 후크, 날개의 응력을 받는 물체, 방향타 회전 장치 브래킷 및 변속기 쉘, 파일론 지지대 등 티타늄 합금 주물의 사용이 점차 증가하고 있습니다. 부속품 등 항공기에 티타늄 합금 주물을 적용하는 것이 성공적이고 신뢰할 수 있다는 것이 실습을 통해 입증되었습니다. 뿐만 아니라 생산 비용 측면에서 티타늄 합금 주물을 사용함으로써 항공기의 특정 메커니즘의 설계, 가공, 고정, 조립 등이 티타늄 합금 주물을 사용하지 않은 원래 메커니즘에 비해 단순해졌기 때문에 항공기 제조 비용을 절감합니다. 티타늄 합금 주물은 주로 항공우주 분야의 미사일, 우주왕복선, 인공위성에 사용됩니다. 적용 부품은 주로 미사일 케이싱, 꼬리 지느러미, 방향타 날개 및 연결 시트 등, 우주 왕복선 및 우주선 브래킷, 프레임, 지지대, 액세서리, 케이싱 등입니다. 티타늄 합금 주조는 높은 강성, 경량 및 광학 특성을 갖기 때문입니다. 유리의 상당한 열팽창 계수는 인공위성 및 기타 광학 기기의 브래킷, 베이스, 커넥터 및 케이스에도 사용됩니다.
티타늄 및 티타늄 합금 주물은 일상적인 산업 생산에도 폭넓게 응용됩니다. 티타늄 및 티타늄 합금은 내식성이 우수하기 때문에 화학 및 기타 내식성 산업에서 대체할 수 없는 재료입니다. 그것은 화학 산업, 제지, 석유, 알칼리 생산, 야금, 살충제 및 기타 산업에서 널리 사용됩니다. 주요 응용 제품은 산업용 순수 티타늄 및 티타늄-팔라듐 합금으로 만든 주조 티타늄 펌프 및 티타늄 팬과 글로브 밸브, 볼 밸브, 플러그 밸브, 게이트 밸브, 버터 플라이 밸브, 체크 밸브 등과 같은 다양한 유형의 밸브입니다.
사람들의 생활 수준이 향상되고 건강 및 품질 요구 사항이 향상됨에 따라 티타늄 합금은 높은 피로 강도 및 인체와의 강한 친화력과 같은 응용 분야에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 예: 주조 티타늄 합금 고관절 수리 부품, 무릎 관절 수리 부품, 인간 보철물, 구강 수리 등
티타늄 합금 정밀 주조는 자전거 액세서리, 골프 헤드 등 스포츠 장비 분야에서 막대한 양으로 사용됩니다. 특히 티타늄 합금 골프 헤드는 시장 규모가 가장 크지만 주조 공정이 상대적으로 복잡하다.
현재 티타늄 및 티타늄 합금 주물의 사용 범위는 여전히 확대되고 있으며 더 많은 응용 분야가 차례로 연구되고 있지만 여전히 몇 가지 문제가 있습니다. 1. 합금 종류가 적고 등급이며 기본적으로 일반적으로 사용되는 티타늄 합금은 산업용 순수 티타늄 주조 및 TC4 합금 주조입니다. 2. 주물의 적용범위가 작다. 대부분의 주물은 석유화학산업(공업용 순수티타늄 주물)에 사용되며 항공우주분야에는 적용이 적어 우리나라 티타늄의 공정 및 기술수준 향상이 어렵다. 주조 산업. 3. 성형 공정은 일반적으로 후진적입니다. 대부분의 제조업체는 흑연 성형 공정(가공 흑연 유형 및 탬핑 흑연 유형)을 사용하지만 정밀 주조는 거의 사용되지 않습니다. 주조 주물의 표면은 비교적 거칠다. 4. 제련 장비는 기본적으로 진공 소모성 전극 아크 응축로입니다. 제련 공정은 용융 금속의 과열도가 높지 않아 주물 표면에 플로우 마크 및 콜드 셧 등의 결함이 발생합니다. - 벽으로 둘러싸인 부분이 형성됩니다.
우리나라 티타늄 주조 산업의 낙후된 상태를 개선하고 우리나라 티타늄 주조 산업의 전반적인 공정 및 기술 수준을 향상시키기 위해서는 다음과 같은 연구가 수행되어야 한다. 1. 기존 성형 공정 개선 접착제와 모델링 재료는 공정을 단순화하고 생산 주기를 단축하며 생산 비용을 절감합니다. 2. 용융 금속의 과열도를 높이고, 주조 티타늄 액체의 유동성과 주형 충진 및 수축 능력을 향상시키며, 크고 복잡한 얇은 벽의 개발을 위한 유리한 조건을 조성하기 위한 새로운 제련 및 주조 장비와 기술을 연구 및 개발합니다. 일체형 정밀 주조. 3. 티타늄 합금 주조에 컴퓨터 시뮬레이션 응고 기술 적용을 더욱 확대하여 주조 품질을 향상시키고 주조 폐기율을 줄입니다. 4. 티타늄 합금 주물의 미세 구조를 개선하고 주물의 기계적 특성을 향상시키기 위해 티타늄 합금 주물의 다양한 열처리 공정 및 열화학 처리 기술을 연구 개발합니다. 5. 인베스트먼트 주조는 중소형 주조물만 생산할 수 있습니다. 티타늄 합금 주조물의 생산 능력을 향상시키기 위해서는 더 크고, 그물 모양이며, 보다 효율적인 주조물을 생산하기 위한 성형 공정을 모색해야 합니다.