钛铸件是通过铸造工艺,将液态的钛或钛合金注入特定的模具型腔,经过冷却凝固后形成所需形状的钛制品。铸造工艺能够生产出形状复杂、近净成形的钛部件,减少后续的加工量。
熔模铸造(失蜡铸造)
模具制作:首先制作蜡模,使用精密加工的金属模具将蜡料压制成所需形状的蜡模。蜡模的精度对于最终铸件的尺寸精度和表面质量至关重要。
模组组装:将多个蜡模组合在蜡质浇道系统上,形成模组,以便在后续的铸造过程中能够同时铸造多个部件,提高生产效率。
涂挂耐火材料:把模组浸入耐火材料浆料中,如以氧化锆、氧化铝等为主要成分的浆料,然后进行撒砂处理,使耐火材料层逐渐增厚。这个过程需要多次重复,以形成足够强度的型壳。
脱蜡:通过加热使蜡模熔化流出,留下中空的型壳。脱蜡温度和速度要控制得当,避免型壳破裂。
熔炼与浇注:采用真空自耗电弧熔炼(VAR)或电子束熔炼(EBM)等方法熔炼钛或钛合金,在真空或惰性气体保护下,将液态钛合金浇注到型壳中。浇注温度和速度等参数根据钛合金的种类和铸件的形状、尺寸来确定。
清砂与后处理:待铸件冷却凝固后,去除型壳,对铸件进行清理,包括切割浇冒口、打磨表面等。然后可能需要进行热处理,如退火处理,以消除铸件内部的残余应力,改善铸件的性能。
砂型制作:选用合适的造型材料,如石英砂、锆砂等,添加粘结剂(如有机粘结剂或无机粘结剂),混合均匀后通过手工造型或机器造型的方式制作砂型。砂型的型腔形状要与所需铸件的形状相匹配,并且要保证足够的强度和透气性。
熔炼与浇注:与熔模铸造类似,将钛或钛合金熔炼后,在保护气体下浇注到砂型中。由于砂型的透气性较好,浇注过程中要注意防止液态钛合金的氧化和吸气。
落砂与清理:铸件凝固后,打破砂型,取出铸件,然后进行清理,去除铸件表面的砂粒、毛刺等,同样可能需要进行热处理和其他后处理工序,如酸洗去除表面氧化皮,以提高铸件的质量。
良好的力学性能
钛铸件的强度较高,其抗拉强度根据钛合金的种类和铸造工艺可以达到 300 - 1000MPa 以上。同时,钛铸件还具有良好的韧性,能够承受一定程度的冲击和变形而不破裂。这种力学性能使得钛铸件在承受外力作用时表现良好,例如在航空航天领域的一些非关键结构部件中,钛铸件能够满足强度和韧性的要求。
优异的耐腐蚀性
钛铸件表面在空气中或氧化性介质中能迅速形成一层致密、稳定的氧化膜(TiO₂),这层氧化膜能够阻止腐蚀介质进一步与钛基体接触,起到自我保护的作用。它对大多数有机酸、无机酸、碱和海水等都有良好的耐腐蚀性。在化工设备、海洋工程等领域,钛铸件可以抵抗恶劣的腐蚀环境,长期稳定地工作。
生物相容性好
钛铸件具有出色的生物相容性,人体对钛的排异反应极小。在医疗领域,钛铸件可用于制造人工关节、牙科种植体、医疗器械外壳等,能够与人体组织紧密结合,并且在长期使用过程中不会引起严重的炎症等不良反应。
形状复杂性高
通过铸造工艺,可以生产出形状复杂的钛铸件,能够满足一些特殊的设计需求。例如在航空发动机的内部复杂结构部件、艺术雕塑等领域,钛铸件的形状可以根据具体的设计要求进行定制,实现一些用其他加工方法难以达到的形状效果。
航空航天领域
用于制造飞机和航天器的一些非关键结构部件,如支架、连接件、舱内设备外壳等。在飞机发动机中,部分内部结构件采用钛铸件,能够利用其良好的耐腐蚀性和高温性能,在减轻重量的同时,保证发动机的可靠性。在航天器中,钛铸件可用于制造一些形状复杂的零部件,满足太空环境下的使用要求。
医疗领域
是制造人工关节、牙科种植体、医疗器械外壳等的重要材料。人工关节的钛铸件能够与人体骨骼良好适配,为关节活动提供稳定的支撑;牙科种植体的钛铸件可以与牙槽骨紧密结合,恢复牙齿的功能;医疗器械外壳的钛铸件能够保护内部设备,同时具有良好的生物相容性,确保与人体接触的安全性。
化工行业
在化工设备中,钛铸件用于制造反应釜、换热器、泵体等部件。反应釜的钛铸件能够抵抗化学反应过程中的腐蚀性介质,保证反应的顺利进行;换热器的钛铸件可以利用其良好的导热性和耐腐蚀性,提高热交换效率;泵体的钛铸件能够在输送腐蚀性液体时,保证泵的长期稳定运行。
海洋工程领域
用于制造船舶的螺旋桨、海水阀门、海洋平台的一些结构部件等。船舶螺旋桨的钛铸件能够抵抗海水的腐蚀和空泡腐蚀,提高螺旋桨的使用寿命;海水阀门的钛铸件可以在海水环境中有效控制流体的通断,并且具有良好的密封性;海洋平台结构部件的钛铸件能够承受海洋环境的复杂载荷,保证平台的安全性。
汽车工业领域
随着汽车轻量化的发展,钛铸件在汽车发动机的零部件、悬挂系统等部分有一定的应用。在发动机零部件中,钛铸件可以减轻部件重量,提高发动机的效率;在悬挂系统中,钛铸件能够提供良好的强度和韧性,同时减轻悬挂系统的重量,提升汽车的行驶舒适性和操控性。
艺术与装饰领域
钛铸件可以用于制作雕塑、艺术品、建筑装饰部件等。其独特的金属光泽和良好的耐腐蚀性,能够制作出具有艺术价值和长期保存价值的作品。例如,在一些大型雕塑作品中,钛铸件可以呈现出复杂的形状和精美的表面效果,为城市景观增添特色。
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