티타늄 캐스팅 – 특수 캐스팅이 필요한 이유

1. 소개

티타늄 캐스팅 고성능 재료와 정밀 엔지니어링 구성 요소를 요구하는 산업 분야의 초석 기술이되었습니다..

그것으로 유명합니다 탁월한 강도 대 중량비, 우수한 부식 저항, 및 생체 적합성, Titanium은 오늘날 가장 많이 사용할 수있는 최고의 프리미엄 엔지니어링 자료 중 하나로 두드러집니다..

단지 밀도가 있습니다 4.51 g/cm³, 티타늄은 무게의 거의 절반에 강철 강도를 제공합니다., 필수 불가결하게 만듭니다 항공우주, 의료, 선박, 그리고 방어 적용.

하지만, 이러한 독특한 속성은 또한 중요한 도전을 제시합니다. 티타늄 높은 융점 (1,668° C) 산소와 질소와의 강한 반응성.

전문 티타늄 주조 서비스 따라서 복잡한 생산에 필수적입니다, 합금의 기계적 무결성 및 부식 저항을 보존하는 동안 고정밀 구성 요소.

2. 티타늄 캐스팅 서비스는 무엇입니까??

티탄 캐스팅 서비스 생성을 위해 설계된 특수 제조 솔루션입니다 근처 네트 모양 구성 요소 티타늄 및 티타늄 합금에서 제어 된 용융 및 곰팡이 주조 기술을 통해.

이러한 서비스에는 필요합니다 고급 시설 티타늄을 처리 할 수 있습니다 높은 반응성, 높은 융점 (1,668° C), 독특한 야금 적 행동.

기존의 금속 주조와 달리, 티타늄 캐스팅 요구 진공 또는 비활성 가스 환경 (일반적으로 아르곤) 산소에 의한 오염을 방지합니다, 질소, 또는 수소, 브리티 니스와 표면 결함을 유발할 수 있습니다.

게다가, 고급 세라믹 곰팡이 (yttria 또는 지르코니아로 코팅) 티타늄은 실리카 또는 알루미나와 같은 전통적인 곰팡이 재료와 반응 할 수 있기 때문에 사용됩니다..

티타늄 캐스팅 서비스의 주요 기능에는 다음이 포함됩니다:

• 정밀 생산: 최소한의 가공으로 복잡한 형상 및 얇은 벽 구성 요소를 만들 수있는 기능.
• 고급 용융 기술: 활용 진공 유도 용융 (정력) 또는 유도 두개골 용융 (주의) 합금 무결성을 유지합니다.
• 캐스팅 후 치료: 과정과 같은 프로세스 뜨거운 등방성 프레스 (잘 알고 있기), 표면 가공, 그리고 화학 밀링 기계적 특성 및 표면 마감을 향상시킵니다.

3. 재료로서의 티타늄 - 특수 캐스팅이 필요한 이유

티타늄의 헤드 라인 장점 -~ 40% 저밀도에서 강철과 같은 강도, 훌륭한 부식 저항, 및 생체 적합성- 야금 및 처리 특성 세트로 기존의 주운드리 연습은 사용할 수 없습니다.

따라서 성공적인 티타늄 캐스팅은 힌지입니다 엄격한 대기 제어, 불활성 곰팡이 화학, 고게 에너지 용융 기술, 그리고 출식 후 치밀화/컨디셔닝.

열 물리학 적 현실: 일반 파운드리 툴링이 실패하는 이유

높은 융점 (1,668 ° C / 3,034 ° F)

• 티타늄이 녹습니다 알루미늄보다 ~ 2–3 × 더 뜨겁다 (660 ° C) 그리고 많은 강철 위에 크게 (캐스팅 등급의 경우 종종 ~ 1,370 ° C를 인용했습니다).
• 이 온도에서, 표준 실리카- 또는 알루미나 기반 세라믹은 용융 티타늄과 반응합니다, 부서지기 쉬운 금속 및 산소가 풍부한 표면층을 형성합니다.
• 해결책:이시아 (y₂o₂), 지르코니아 (Zro₂), 또는 yttria- 안정화 된 지르코니아 (YS) 페이스 코트는 존재에도 불구하고 필수입니다 5–10 × 더 비쌉니다 기존의 내화성보다.

낮은 열전도율

• 티타늄의 열전도율은 대략적으로입니다 강철의 1/4 (≈15–22 w/m · k vs. 강철의 경우 ~ 45–50 w/m · k).
• 결과: 불균일 한 냉각, 가파른 열 구배, 그리고 다공성/수축 위험 증가 게이팅/라이저 및 냉각 제어가 세 심하게 설계되지 않은 경우.
• 예상하다 6–8% 부피 수축, 강력한 방향성 응고 전략이 필요합니다.

화학적 반응성: 알파 케이스 & 연성 살인자

~ 600 ° C 이상의 반응성

• 티타늄은 적극적으로 반응합니다 산소, 질소, 수소, 그리고 탄소, 형성 티오, 주석, TIH ₓ, 그리고 tic 고온에서.
• 심지어 0.1 WT% 산소 ~할 수 있다 신장 절반, 피로의 생명 - 항공 우주 및 의료 부품의 치명적.
• 주조 분위기 요구 사항:진공 또는 고순도 아르곤 ~와 함께 산소 수준 < 50 ppm 녹는 동안, 붓다, 그리고 조기 응고.

알파 사례 형성

• 에이 딱딱한, 다루기 힘든, 산소/질소가 풍부한 표면층 티타늄이 고온에서 반응성 환경에 접촉 할 때마다 발달합니다.
• 필수 제거 ~을 통해 화학 밀링 (hf -hhno₃) 또는 피로와 골절 성능을 복원하기위한 정밀 가공.

경제적 명령: 폐기물은 선택 사항이 아닙니다

원료 비용

• 티타늄 스폰지 또는 합금 공급 원료는 일반적으로 비용이 듭니다 US $ 15–30/kg-~ 5 × 알루미늄 그리고 몇 배의 전형적인 캐스트 강.
• 결과적으로, 빌릿에서 낭비적인 "호그 아웃"가공 (8-10의 구매 비율:1) 종종 비 경제적입니다.
• 캐스팅의 가치 제안:가까운 네트 셰이프 부품은 Buy -to -fly 비율을 슬래시 할 수 있습니다 ~ 1.5–2.0:1, 총 소유 비용을 실질적으로 줄입니다.

막대를 올리는 합금 환경

• TI -6AL -4V (등급 5) 그리고 ti -6al -4v eli (등급 23) 항공 우주 및 의료를위한 캐스트 응용 프로그램을 지배 900–1,200 MPa uts, 좋은 피로의 힘,
  허용 가능한 주파수 -그러나 녹을 때만, 부어졌다, 밀접하게 제어 된 조건 하에서 고형화 (종종 뒤 따릅니다 잘 알고 있기).
• CP (상업적으로 순수합니다) 티탄 등급이 어디에서 사용됩니다 최대 부식 저항 및 연성 궁극적 인 힘보다 더 중요합니다.
• 고온 또는 특수 합금 (예를 들어, ti -al -2sn − 4zr − 2mo) 더 나아가 프로세스 창을 조입니다 보다 복잡한 화학 및 미세 구조 요구로 인해.

4. 티타늄 주조 과정

티타늄 주조는 캐스팅 알루미늄과 근본적으로 다릅니다, 강철, 또는 티타늄으로 인한 다른 일반적인 금속 반동, 높은 융점, 엄격한 품질 요구 사항.

수십 년에 걸쳐, 업계는 생산할 수있는 특수 캐스팅 프로세스를 개발했습니다. 그물- 또는 네트 모양의 티타늄 성분 단단한 제품과 비슷한 기계적 특성.

투자 캐스팅 (잃어버린 왁스 캐스팅)

투자 캐스팅, THE라고도합니다 잃어버린 왁스 프로세스, 티타늄 성분에 가장 널리 사용되는 방법입니다, 특히 항공우주 (압축기 블레이드, 구조 브래킷), 의료 임플란트 (엉덩이 및 무릎 구성 요소), 그리고 산업 부분.

주요 단계:

1. 왁스 패턴 생성: 최종 부분의 왁스 복제본이 만들어집니다, 게이팅과 라이저가 통합되어 종종.
2. 세라믹 쉘 빌딩: 왁스 어셈블리가 반복적으로 담그고 있습니다 이시아- 또는 지르코니아 기반 세라믹 슬러리 및 내화성 입자로 코팅, 강한 껍질을 형성합니다.
3. 탈 왁스: 왁스가 녹고 배수됩니다, 중공 곰팡이를 남겨 둡니다.
4. 진공 용융 & 붓는 것: 티타늄은 a 진공 유도 두개골 멜터 또는 콜드-웨스 전자 빔 용광로, 그런 다음 높은 진공 또는 불활성 아르곤 아래에서 곰팡이에 붓습니다. (<50 ppm o₂).
5. 쉘 제거 & 마무리 손질: 세라믹 쉘이 고장났습니다, 그리고 부품은 화학 공장 또는 가공을 거쳐 알파 케이스를 제거합니다..

장점:

• 치수 정확도가 높은 복잡한 모양 (작은 부품의 경우 ± 0.25 mm).
• 거의 네트 모양 비용이 많이 드는 가공을 최소화합니다.
• 좋은 표면 마감 (RA 3-6 µm).
• 중간에서 높은 생산량에 대한 확장 성.

제한:

• 크기 제한: 대부분의 티타늄 투자 주물은 35-50kg 미만입니다, 더 큰 부품까지 100 KG가 만들어졌습니다.
• 다공성 제어: 뜨거운 등방성 프레스 (잘 알고 있기) 밀도와 피로 특성을 개선하기 위해 종종 필요합니다.
• 알루미늄 또는 철강 투자 캐스팅에 비해 더 높은 비용.

원심 캐스팅

원심 주조 사용 용융 티타늄을 분배하는 회전력 금형 공동으로.

이 프로세스는 일반적으로 적용됩니다 반지, 의료 임플란트, 미세 입자 구조와 우수한 기계적 성능이 필요한 구성 요소.

주요 기능:

• 회전 금형 (최대 수천 rpm) a 고압 필드, 용융 티타늄을 얇거나 복잡한 특징으로 강제하고 다공성 감소.
• 일반적으로 수행됩니다 진공 또는 아르곤으로 채워진 챔버 정밀 제어 유도 용융.

장점:

• 생산합니다 밀집한, 결함이없는 미세 구조, 종종 엉덩이가 필요하지 않습니다.
• 이상적입니다 대칭 부분 고리와 같은, 터빈 디스크, 얇은 벽 원통형 성분.
• 미세 표면 마감 및 치수 정확도.

제한:

• 형상 제약: 둥근 또는 관형 형상에 가장 적합합니다.
• 높은 장비 비용 특수 진공 및 회전 시스템으로 인해.

신흥 및 대체 캐스팅 방법

차가운 난로 & 혈장 아크 용융 (팸):

• a 수냉식 구리 난로 그리고 플라즈마 아크 세라믹 도가니에서 오염되지 않고 티타늄을 녹입니다.
• 종종 a로 사용됩니다 공급 원료 생산 단계 투자 캐스팅을 위해 (잉곳을 떠올리게하고 정제합니다).

첨가제 보조 캐스팅:

• 3D 프린트 왁스 또는 중합체 패턴 (SLA 또는 FDM을 통해) 전통적인 왁스 툴링을 점점 더 교체하고 있습니다, 프로토 타입 개발 가속화.
• 잡종 첨가물 + 주조 접근 방식은 리드 타임을 최대로 줄입니다 50% 복잡한 항공 우주 괄호.

세라믹 곰팡이 혁신:

• 차세대 yttria-alumina 복합재 열 충격 저항을 개선하고 비용을 줄이기 위해 개발 중입니다..
• 연구에 대한 연구 솔 겔 코팅 산소 픽업 및 알파 케이스 두께를 최소화하는 것을 목표로합니다.

금속 주사 캐스팅 (마이크):

• 틈새 기술 결합 분말 야금 및 주조 작은 티타늄 부품의 경우.
• 널리 퍼지지는 않지만 유망합니다 의료 및 치과 장치.

5. 캐스팅 후 치료

티타늄 주물, 특히 항공 우주 용, 의료, 또는 고성능 산업 응용 분야, 일련의 것이 필요합니다 캐스팅 후 치료 기계적 특성을 개선합니다, 결함을 제거하십시오, 원하는 표면 품질을 달성합니다.

뜨거운 등방성 프레스 (잘 알고 있기)

목적: 고관절은 티타늄의 가장 중요한 후 캐스팅 치료입니다, 응고 중에 자연적으로 발생하는 내부 다공성 및 미세 신경화를 제거하는 데 사용됩니다..

• 프로세스: 성분은 고압 용기에 배치됩니다 (100–200 MPa) 고온에서 (일반적으로 TI-6AL-4V의 경우 900–950 ° C입니다) 2-4 시간 동안 불활성 아르곤 분위기에서.
• 효과:

• • 미세 구조를 조정합니다 >99.9% 이론적 밀도.
  • 개선 피로 강도 20-30% 힙합 부품에 비해.
  • 기계적 특성의 산란을 줄이고 신뢰성을 향상시킵니다.

열처리

목적: 열처리는 미세 구조를 조정합니다 (A/B 위상 분포) 향상된 강도, 연성, 그리고 강인함.

• 일반적인 열처리:

• • 스트레스 해소: 650주조 및 가공 후 잔류 응력을 줄이기 위해 1-2 시간 동안 –760 ° C.
  • 해결책 처리 및 노화 (스타):

• • • 해결책: ~ 925 ° C (β- 트랜저스 아래) 1-2 시간 동안, 공랭식.
    • 노화: 480강도를 높이기 위해 2-8 시간 동안 –595 ° C.

• • 베타 어닐링: >995° C (β- 트랜저스 이상), 골절 인성을 증가시키기위한 제어 냉각, 무거운 섹션 주물에 사용됩니다.

• 데이터 포인트: STA- 처리 된 TI-6AL-4V 주물이 달성 될 수 있습니다 850–950 MPa의 UTS 및 8-12%의 신장, 단조 속성에 접근.

알파 사례 제거

알파 케이스 취성입니다, 산소가 풍부한 표면층 (50두께 –300 μm) 곰팡이 물질 또는 잔류 산소와의 반응으로 인해 주조 중에 형성.

• 제거 기술:

• • 화학 밀링 (산세): 산 솔루션 (hf-hno₃) 알파 케이스를 균일하게 용해시킵니다.
  • 기계적 방법: 그릿 폭발, 가공, 또는 연삭 (종종 화학 밀링과 결합됩니다).

• 중요성: 의식이없는 알파 케이스는 피로 수명을 줄일 수 있습니다 최대 50%.

표면 마감

표면 품질 피로 성능에 중요합니다, 부식 저항, 그리고 미학 (특히 의료 임플란트의 경우).

• 프로세스:

• • 연마적인 폭발 또는 세련: 항공 우주의 경우 Ra ≤ 1–3 μm를 달성합니다; <0.2 의료 임플란트의 경우 μM.
  • 전기 폴리싱: 마이크로 러프를 부드럽게합니다, 정형 외과 성분에 종종 사용됩니다.
  • 패시베이션: 부식성 향상을위한 질산 또는 구연산 처리.

비파괴 테스트 (ndt) 그리고 품질 보증

• 방사선 테스트 (Rt): 내부 다공성 또는 포함을 감지합니다.
• 초음파 테스트 (ut): 지하 결함을 식별합니다, 특히 두꺼운 부분에서.
• 형광 침투 검사 (FPI): 마무리 후 표면 균열 또는 다공성을 찾습니다.
• 표준: 항공 우주 부품은 AMS에 부착됩니다 2630/2631, 의료 임플란트는 ASTM F1472 또는 F1108 프로토콜을 따릅니다.

최종 가공

티타늄 주물은 일반적으로 전달됩니다 거의 네트 모양, 그러나 임계 표면 (짝짓기 인터페이스, 정밀한 보어) 최종 가공이 필요합니다.

• 도전:

• • 열전도율이 낮 으면 공구 마모 및 열 축적이 발생합니다.
  • 필요합니다 탄화물 또는 코팅 도구, 낮은 절단 속도, 풍부한 냉각수.

선택적 코팅 & 표면 처리

일부 고성능 응용 프로그램은 표면 성능을 향상시키기 위해 추가 처리를 사용합니다.:

• 양극화: 부식 저항과 미학을 향상시킵니다 (의료 임플란트에서 일반적입니다).
• PVD 또는 열 스프레이 코팅: 항공 우주 엔진의 마모 또는 열 장벽에 적용됩니다.
• 레이저 충격 피닝: 표면 압축 응력을 유도합니다, 최대 피로의 삶을 향상시킵니다 2×.

6. 티타늄 캐스팅의 주요 기술적 과제

티타늄 주조 (그리고 가장 흔한 합금, TI -6AL -4V) 주조강보다 근본적으로 더 어렵습니다, Ni-베이스 슈퍼 합금, 또는 알루미늄.

의 조합 매우 높은 반응성, 높은 용융 온도, 낮은 열전도율, 부동산 요구 사항이 엄격합니다,

엄격한 인증 체제 서비스 제공 업체는 모든 단계 (매개)를 설계하도록 강요합니다, 곰팡이 디자인, 붓는 것, 응고, 및 후 처리 - 비정상적으로 긴밀한 제어 기능.

다음은 주요 과제입니다, 그들이 발생하는 이유, 그들의 결과, 그리고 최고급 파운드리가 그들을 어떻게 완화 시키는가.

반동, 알파 사례, 곰팡이/금속 상호 작용

도전

고온에서, 티타늄은 적극적으로 반응합니다 산소, 질소, 수소, 그리고 탄소, 그리고 기존의 내화성으로 (예를 들어, 규토, 알루미나).

이것은 형성 a 취성 산소/질소가 풍부한 "알파 케이스"층 (자주 50–300 µm 두꺼운, 그러나 초과 할 수 있습니다 500 µm 제대로 통제되지 않은 경우), 저하 피로 강도와 연성.

왜 그런 일이 발생합니다

• 열역학적 드라이브: Titanium의 강한 친화력 o, N, h ~ 600 ° C 이상.
• 부적절한 분위기: 잔류 o₂ > 50 ppm 또는 용융/pour 동안 nress/h₂ 유입은 interstitial 픽업으로 이어집니다.
• 반응성 곰팡이: 비 일련의 쉘 페이스 코트 (실리카/알루미나) 용융 ti와 반응합니다, 부서지기 쉬운 금속 간을 형성하고 산소 함량을 높이기.

완화

• 진공 / 불활성 가스 (아르곤) 환경 o₂ 레벨로 < 50 ppm (종종 10 ³–10– Torr 진공).
• 비활성 페이스 코트: 이시아 (y₂o₂), 지르코니아 (Zro₂), 또는 YSZ 쉘 (6–12 층) 반응을 최소화합니다.
• 캐스트 후 알파 사례 제거 ~을 통해 화학 밀링 (hf -hhno₃; 전형적인 제거 100–300 µm) 또는 정밀 가공 / 그릿 폭발.
• 단단한 화학 제어: O, N, 합금 사양 내에서 H (예를 들어, o ≤ 0.20 Ti -6Al -4V 등급의 WT% 5; 엘리에게는 훨씬 낮습니다).

가스 다공성, 수축, 및 밀도 결함

도전

진공 또는 불활성 대기가 있어도, 가스 다공성 (h₂ 픽업) 그리고 수축 다공성 난기류 채우기로 인해 형성 될 수 있습니다, 빈약 한 수유, 또는 낮은 과열.

미세 지생성은 직접적으로 손상됩니다 피로의 삶 그리고 골절 강인성.

전형적인 서명

• 가스 다공성: 둥근 모공, 종종 표면 근처 또는 고립 된 주머니에 있습니다.
• 수축 다공성: interdendritic, 핫스팟 또는 마지막 분리 구역에 클러스터링되었습니다.

완화

• 뜨거운 등방성 프레스 (잘 알고 있기): 항공 우주/의료의 필수; 예를 들어, 900–950 ° C, 100–200 MPa, 2–4 시간 공극을 무너 뜨리고 달성합니다 >99.9% 밀도.
• 최적화 된 게이팅/라이저 사용 CFD & 응고 시뮬레이션 (마그마 소프트, Procast, 흐름 3D 캐스트) 방향성 응고 및 적절한 공급을 보장합니다.
• 제어 된 쏟아지는 과열: 일반적으로 50액체 위의 -80 ° 100 유동성 vs의 균형을 맞추기 위해. 반동; 과도한 과열은 곰팡이 공격과 알파 케이스를 증가시킵니다.
• 저중도 충전 전략 (틸트 푸르, 바닥 수요, 진공 보조, 또는 원심 분리) 가스 및 산화물 필름을 줄이기 위해.

치수 정확도, 왜곡, 잔류 응력

도전

티타늄 낮은 열전도율 그리고 고정화 수축 (6–8% 부피) 강력한 열 구배를 만듭니다, 원인 왜곡, warpage, 잔류 응력.

높은 쉘 예열 (자주 900–1,000 ° C) 곰팡이 크리프 위험에 추가됩니다.

완화

• 유한 요소 기반 열/기계 시뮬레이션 왜곡을 예측하고 툴링에서 보상합니다 (부정적인 오프셋).
• 엄격한, 잘 지원되는 껍질 필요한 경우 두께가 설계됩니다.
• 단단한 프로세스 창 제어 쉘 예열의 경우, 곰팡이 냉각 속도, 및 부품 처리.
• 캐스트 후 스트레스 완화 / 잘 알고 있기 가공을 마치기 전에 잔류 응력을 줄입니다.

포함 제어 및 청결

도전

포함 (내화 된 조각, 산화물, 질화물, 탄화물) 균열 개시제 역할을합니다, 크게 줄어 듭니다 피로 및 골절 성능- 항공 우주 및 의료 서비스의 지방.

완화

• 유도 두개골 용융 (주의) 또는 냉장 전자 빔 용융 도가니 오염을 피하고 고밀도 내포물을 떠 다니기 위해.
• 고급 세라믹 시스템 엄격한 하우스 키핑 (압형, 슬러리, 손질).
• 용융 여과 / 세련된 연습 가능한 경우 (저온 합금보다 훨씬 제한적이지만).
• NDT 체제 (엑스레이, ut, FPI) 임계 결함 치수 이하의 포함 크기를 감지하도록 조정되었습니다.

쉘 무결성과 스펠링

도전

티타늄 캐스팅 용 껍질 (yttria/지르코니아) ~이다 값비싼, 다루기 힘든, 열 충격에 취약합니다.

예열/부어 위험 중에 스펠링 또는 균열 금속 누출, 포함, 및 치수 오류.

완화

• 최적화 된 쉘 빌드 (슬러리 점도, 치장 용 벽토 분포, 레이어 카운트 6–12).
• 제어 된 건조 및 발사주기 차등 수축을 피하기 위해.
• 열 관리: 램프 비율, 균일 예열, 응력을 최소화하기 위해 쉘 열 팽창과 일치합니다.
• 견고한 취급 그리고 마이크로 크랙을 사전 푸는 포착하는 검사 프로토콜.

화학 제어, 분리, 인증

도전

티타늄 합금 - 특히 Ti -6AL -4V 및 Ti -6AL -4V ELI (등급 23)-가지다 단단한 구성 창 산소를 위해, 질소, 수소, 그리고 잔류 요소.

편차는 연성과 골절 저항을 줄입니다. 고형화 중 분리는 현지화 된 속성 방울을 생성 할 수 있습니다.

완화

• 분광 광학 화학 검증 (사전 및 후 사후) ~와 함께 완전 열/로트 추적 성.
• 사용 프리미엄 복귀 관리 (깨끗한, 제어 된 재활용 재료) 간질을 낮게 유지합니다.
• 잘 알고 있기 + 열처리 미세 구조를 균질화하고 미세 분리를 제거합니다.
• 품질 시스템 & 인증 (AS9100, ISO 13485, NDT를위한 NADCAP, 열 처리, 및 화학적 처리) 징계와 감사를 집행합니다.

검사 및 자격 부담

도전

티타늄 주물이 종종 제공되기 때문입니다 미션 크리티컬 역할, 그만큼 NDT와 자격 부담은 무겁습니다:

• 방사선 촬영 (Rt) 내부 다공성/수축.
• 초음파 테스트 (ut) 체적 결함의 경우.
• 형광 침투 검사 (FPI) 표면 중단 균열의 경우.
• 기계 테스트 (인장, 골절 강인성, 피로) 그리고 미세 구조 평가 (알파 사례 깊이, 포함 카운트).

완화

• 표준화 된 자격 계획 (예를 들어, AMS, 캐스트 ti -6al -4v의 ASTM F1108) ~와 함께 정의 된 수락 기준.
• 프로세스 기능 메트릭 (CP, CPK) 중요한 특성에 (uts, 연장, o/n/h, 결함 크기 분포).
• 디지털 추적 성 (MES/PLM 시스템) 그리고 디지털 쌍둥이 프로세스 서명과 검사 결과와 상관 관계가 있습니다.

비용, 생산하다, 그리고 처리량 압력

도전

• yttria/지르코니아 껍질, 진공 용융, 잘 알고 있기, 그리고 화학 물질은 비싸다.
• 짝수의 스크랩 또는 재 작업 속도 5–10% 원자재 비용을 감안할 때 수익성을 분쇄 할 수 있습니다 US $ 15–30/kg 높은 처리 오버 헤드.

완화

• 제조 가능성을위한 설계 (DFM): 질량을 줄이기위한 조기 협력, 어려운 핫스팟을 제거하십시오, 수율을 높입니다.
• 시뮬레이션 - 첫 문화: 흐름/고화/응력 시뮬레이션을 사용하여 "올바른 시간"을 누르십시오.
• 린 후 처리 세포 통합 고관절 → 화학 공장 → CNC 마감 리드 타임을 단축하고 취급 손상을 줄입니다.
• 통계 프로세스 제어 (SPC) 화학에, 온도, 진공 수준, 쉘 두께, 결함 메트릭.

7. 캐스트 티타늄의 기계적 특성

캐스트 티타늄 (가장 일반적으로 TI -6AL -4V, 포함 된. Eli/Grade 23) 전달할 수 있습니다 단조와 같은 성능 프로세스가 엄격하게 제어 될 때 잘 알고 있기 (뜨거운 등방성 프레스) 또한 적절합니다 열처리 적용됩니다.

캐스트 부품은 일반적으로 보여줍니다 더 높은 다공성, 낮은 연성과 피로 수명, 그리고 a 거친 α/β 미세 구조 연장 된 동등한 것보다; 엉덩이와 화학 물질 (알파 케이스를 제거합니다) 따라서 항공 우주 및 의료 하드웨어의 일상입니다.

기준 기계적 특성 (대표 범위)

값은 합금에 따라 다릅니다 (예를 들어, ti -6al -4v vs. CP TI), 연습을 녹입니다, 캐스팅 과정, 섹션 크기, 잘 알고 있기, 후속 열처리.

일반적인 사양 프레임 워크에는 포함됩니다 ASTM F1108 (임플란트), AMS / ISO / ASTM B 표준 구조 부품의 경우.

8. 티타늄 주조의 주요 응용 분야

티타늄 캐스팅 서비스는 산업에서 널리 적용됩니다 고강도, 가벼운 중량, 그리고 부식 저항 중요합니다.

아래는 다음과 같습니다 주요 응용 프로그램 부문 티타늄 캐스팅이 없어서는 안될 곳:

항공 우주 및 항공

• 응용: 항공기 엔진 케이싱, 터빈 블레이드, 구조적 피팅, 랜딩 기어 구성 요소, 위성 하우징.

의료 및 치과 임플란트

• 응용: 엉덩이 및 무릎 관절 교체, 뼈 판, 척추 케이지, 치과 뿌리 임플란트, 수술 도구.

산업 및 화학 처리

• 응용: 슬리퍼, 밸브, 사기꾼, 파이프 피팅, 화학 식물 및 담수화 시설의 열교환 기 성분.

자동차 및 모터 스포츠

• 응용: 배기 밸브, 터보 차저 휠, 연결로드, 고성능 차량의 서스펜션 부품.

에너지와 발전

• 응용: 터빈 블레이드, 수력 전기 성분, 원자로 피팅, 해외 플랫폼 부품.

새로운 응용 프로그램

• 로봇 공학과 드론: 가벼운 티타늄 프레임 및 조인트.
• 가전제품: 프리미엄 노트북 및 웨어러블을위한 티타늄 케이싱.
• 첨가제 제조 하이브리드 캐스팅: 3D 프린팅과 캐스팅을 결합한 맞춤형 형상.

9. 티타늄 주조 서비스의 장점과 한계

티타늄 캐스팅 서비스는 요구하는 산업에 중요한 이점을 제공합니다 고성능, 복잡한, 가벼운 구성 요소, 그러나 그들은 또한 내재 된 기술 및 경제적 과제와 함께 제공됩니다..

티타늄 주조 서비스의 장점

복잡한 형상 및 설계 유연성

• 투자 캐스팅은 생성을 가능하게합니다 뒤얽힌, 근처 네트 모양 구성 요소, 광범위한 가공의 필요성을 줄입니다.
• 복잡한 중공 모양 또는 얇은 벽 부품 (아래로 1–2 mm) 달성 할 수 있습니다, 단조 또는 가공으로 불가능하거나 비용이 많이 드는.

우수한 재료 특성

• 강도 대 중량비: 티타늄 주물은 인장 강도를 달성 할 수 있습니다 900–1100 MPa 강철보다 40-45% 가벼우면서도.
• 부식 저항: 해수에 대한 뛰어난 저항, 클로라이드, 산화 환경.
• 피로 저항: 티타늄 주물 전시 높은 사이클 피로 수명, 항공 우주 및 의료 응용 프로그램에 결정적입니다.

생체 적합성

• 티타늄의 불활성은 캐스트 구성 요소에 적합합니다 의료 임플란트 그리고 수술 장치.

복잡한 부품의 비용 절감

• 고체 티타늄 빌릿의 가공과 비교합니다, 캐스팅 할 수 있습니다 재료 폐기물 감소 40-60%, 티타늄의 높은 원자재 비용이 주어졌습니다 ($15–30/kg).
• 거의 네트 모양의 캐스팅은 후 처리 시간 및 툴링 비용을 최소화합니다.

티타늄 캐스팅 서비스의 한계

높은 생산 비용

• 티타늄 캐스팅이 필요합니다 진공 또는 불활성 가스 환경 오염을 방지합니다, 특수 용광로 및 내화성 곰팡이뿐만 아니라 (이시아, 지르코니아).
• 정밀 투자 캐스팅에 대한 툴링 비용이 높을 수 있습니다, 덜 경제적입니다 저용량 사용자 정의 부품 첨가제 제조에 비해.

기술적 복잡성 및 품질 관리

• 티타늄 높은 반응성 (산소, 질소 픽업) 조심스럽게 제어되지 않으면 포화 또는 다공성을 유발할 수 있습니다.
• 결함 위험: 뜨거운 눈물, 수축 공동, 다공성은 비파괴 테스트가 필요합니다 (엑스레이, 초음파 검사), 비용과 복잡성 추가.

구성 요소 크기의 제한

• 큰 티타늄 주물 (>50 kg) 균일 한 냉각 및 곰팡이 안정성의 도전으로 인해 생산하기가 어렵습니다..
• 캐스트 티타늄 성분의 대부분은 다음과 같습니다 아래에 30 kg 항공 우주 응용 프로그램에서.

기계적 특성 변동성

• 캐스트 티타늄 구성 요소는 종종 가지고 있습니다 더 낮은 골절 인성 그리고 단조 또는 단조 티타늄 합금에 비해 피로 강도, 캐스팅 후 치료가 아니라면 (잘 알고 있기, 열처리) 적용됩니다.

더 긴 리드 타임

• 정밀 투자 캐스팅에는 여러 단계가 포함됩니다.왁스 패턴 생성, 세라믹 쉘 빌딩, 번 아웃, 주조, 그리고 마무리- 리드 타임에 대한 방향 8–12 주 복잡한 부분의 경우.

10. 다른 제조 방법과 비교

티타늄 성분은 다양한 제조 기술을 통해 생산할 수 있습니다, 포함 주조, 단조, 가공, 및 첨가제 제조 (오전).

11. 결론

티타늄 캐스팅은 예술과 과학입니다., 정확한 제어, 심한 야금 전문 지식.

도전에도 불구하고, 성능이있는 산업에는 필수 불가능합니다, 체중 절약, 내구성은 중요합니다.

숙련 된 티타늄 캐스팅 서비스 제공 업체와 파트너 관계를 맺음, 제조업체는 달성 할 수 있습니다 고품질, 비용 효율적인 솔루션 까다로운 사양에 맞게 조정되었습니다.

항공 우주로, 의료, 그리고 국방 산업은 계속해서 재료 성능의 경계를 추진합니다., 티타늄 캐스팅은 고급 제조의 최전선에 남아 있습니다., 디지털 디자인의 혁신으로 보완, 하이브리드 생산, 지속 가능성.

FAQ

티타늄 캐스팅이 스틸 캐스팅보다 더 비싼 이유는 무엇입니까??

티타늄의 높은 원자재 비용 ($15–30/kg 대. $0.5강철의 경우 –1/kg), 에너지 집약적 인 처리 (진공 용광로), 그리고 특수 껍질 (이시아) 10–20 × 비용이 더 늘어나십시오.

티타늄 주물은 생체 적합성입니다?

예. TI-6AL-4V ELI와 같은 합금은 ISO를 만난다 10993 표준, 세포 독성 또는 알레르기 반응이 없습니다, 임플란트에 이상적입니다.

티타늄 주조의 최대 크기는 얼마입니까??

대부분의 서비스는 부품을 제한합니다 <50 kg; 더 큰 주물 (>100 kg) 결함이 있습니다 >20% 껍질 취약성으로 인해.

캐스트 티타늄은 단단한 타이타늄과 어떻게 비교됩니까??

Cast Titanium은 인장 강도가 5-10% 낮지 만 비슷한 부식 저항을 유지하며 복잡한 모양의 경우 30-50%의 비용 절감 효과를 제공합니다..

티타늄 주물이 고온을 견딜 수 있습니다?

OF-5AL-2.5SN 및 OF-6AL-4V 보유 80% 500 ° C에서 실내 온도 강도, 제트 엔진 부품에 적합하지만 니켈 합금만큼 고온은 아닙니다..