I. Feinguss: Die Kunst der Präzisionsformung. Beim Feinguss (Feinguss) wird eine Präzisionsformung durch eine Verbundstruktur aus schmelzbarem Formmaterial und einer feuerfesten Schale erreicht: 1. Formvorbereitung: Eine Form auf Wachs--- oder Harzbasis-wird so hergestellt, dass sie dem Teil im Maßstab 1:1 ähnelt. 2. Schalenkonstruktion: Feuerfeste Aufschlämmung (z. B. Kieselsol + Korundpulver) wird wiederholt auf die Oberfläche der Form aufgetragen, um 10-15 Schalenschichten zu bilden Dicke von 5–8 mm. 3. Entformen und Brennen: Das Formmaterial wird durch Dampf oder heißes Öl entfernt, und die Schale wird durch Hochtemperaturbrennen bei 900–1050 Grad verstärkt. . 4. Gießen: Unter Vakuum oder Schutzgas wird eine geschmolzene Titanlegierung bei 1650–1750 Grad in die Schale eingespritzt. Mit diesem Verfahren kann eine Oberflächengüte von Ra1,6 μm, eine Maßgenauigkeit der Güteklasse CT4–CT5 und eine um mehr als 40 % höhere Materialausnutzung im Vergleich zum herkömmlichen Schmieden erreicht werden. Es eignet sich besonders für die Herstellung komplexer Strukturteile wie Turbinenschaufeln und künstlicher Gelenke.
II. Die „Material verbotene Zone“-Herausforderungen beim Gießen von Titanlegierungen: Die chemische Aktivität von Titanlegierungen im geschmolzenen Zustand führt zu drei großen technischen Herausforderungen: 1. Grenzflächenreaktion: Bei gängigen Schalenmaterialien (wie SiO₂ und Al₂O₃) kommt es zu Grenzflächendiffusion, die eine -sprödige Schicht. 2. bildet. Thermoschockschäden: Der momentane Temperaturunterschied von 200-300 Grad beim Titanschmelzguss verursacht Risse in der Schale. 3. Gasverunreinigung: Die Adsorption von Feuchtigkeit und Gas aus der Schale führt zu Porositätsfehlern im Gussstück. Fallstudie: Beim Gießen einer bestimmten Flugtriebwerksschaufel führte die herkömmliche Al₂O₃-Schale zu einer 0,2 mm dicken Gehäuseschicht auf der Gussoberfläche, die fünf zusätzliche Bearbeitungsvorgänge zur Entfernung erforderte, was zu einer Materialverlustrate von bis zu 35 % führte.
III. Innovative Durchbrüche bei Schalenmaterialien Basierend auf den Eigenschaften von Titanlegierungen haben Forscher drei Arten spezieller Schalenmaterialsysteme entwickelt: 1. Kohlenstoffhaltiges feuerfestes Materialsystem Repräsentatives Material: Künstlicher Graphit (Petrolkoks + bei 2800 Grad kalziniertes Pech) Vorteile: • Feuerfestigkeit unter Vakuum > 2200 Grad • Wärmeausdehnungskoeffizient nur 2,5×10⁻⁶/Grad • Festigkeit steigt mit der Temperatur (bis 80 MPa bei 1000 Grad) Einschränkungen: • Die Oxidations-Gewichtszunahmerate erreicht 0,8 mg/cm²·h (1000 Grad) • Die Wärmeleitfähigkeit erreicht bis zu 80 W/(m·K), was leicht zu Mikrorissen auf der Gussoberfläche führt. Verbesserungslösung: Durch die Verwendung einer Y₂O₃-Beschichtung auf der Graphitoberfläche wird die Oxidationsrate um 70 % reduziert und die Gussqualifikationsrate auf 92 % erhöht. . 2. Oxidkeramik-Systemmaterial Farbverlaufsdesign:
Schlüsselparameter:
• Oberflächenporosität < 8 %
• Biegefestigkeit bei hohen Temperaturen > 15 MPa (1600 Grad)
• Thermoschockbeständigkeit (1100 Grad Wasserkühlung) > 20 Zyklen
Anwendungseffekt: Beim Gießen eines Zwischengehäuses für einen bestimmten Flugzeugtriebwerkstyp verbesserte die Verwendung dieses Systems die Maßhaltigkeit des Gussteils von ±0,3 mm auf ±0,1 mm und reduzierte die Bearbeitungszugabe um 60 %.. 3. Innovative Lösung für ein System aus feuerfestem Metall: • Obere Beschichtung: Verwendet Wolframpulver (Partikelgröße D50=5μm) + Yttrium-Sol-System, um ein chemisches Stabilitätsniveau von zu erreichen 9 (0-10). • Verstärkung der Rückenschicht: Die Verstärkungsstruktur aus Molybdännetz erhöht die Schlagfestigkeit der Schale um das Dreifache. Technische Durchbrüche: • Nach 240-sekündigem Kontakt mit der Titanlegierung TC4 bei 1700 Grad beträgt die Dicke der Grenzflächenreaktionsschicht<15μm. • The casting surface roughness Ra is <0.8μm, achieving a mirror finish. Typical Application: Casting of artificial acetabular cups in the biomedical field, achieving "near-net-shape forming" without the need for subsequent polishing.
Beim Feinguss aus Titanlegierungen, auch als Wachsausschmelzgussverfahren bekannt, wird eine Wachsform hergestellt, mit feuerfestem Material bedeckt, erhitzt, um das Wachs zu entfernen, geschmolzenes Titan hineingegossen und anschließend abgekühlt, um hochpräzise Teile aus Titanlegierung zu erhalten. Diese Technologie eignet sich besonders für die Herstellung komplex geformter Komponenten mit hohen Präzisionsanforderungen, wie etwa Turbinenschaufeln für Flugtriebwerke und künstliche Gelenke, wodurch Materialverschwendung und anschließende Bearbeitung deutlich reduziert werden.
Kernprozessablauf:
Formvorbereitung: Erstellen Sie eine 1:1-Einbettform des Teils aus Wachs oder Harz.
Schalenkonstruktion: Tragen Sie wiederholt feuerfeste Aufschlämmung (z. B. Kieselsol mit Korundpulver) auf die Einbettform auf, um eine 10–15-schichtige Schale mit einer Dicke von 5–8 mm zu bilden.
Entformen und Brennen: Entfernen Sie die Wachsform mit Dampf oder heißem Öl und brennen Sie die Schale dann bei einer hohen Temperatur von 900–1050 Grad.
Gießen: Gießen Sie geschmolzene Titanlegierung bei 1650–1750 Grad unter Vakuum oder Schutzgas ein.
Technische Vorteile:
Hohe Präzision: Die Maßgenauigkeit erreicht CT4-CT5-Niveau, Oberflächengüte Ra1,6 μm.
Hohe Materialausnutzung: Über 40 % höher als beim herkömmlichen Schmieden.
Geeignet für komplexe Teile: Kann dünn{0}wandige, komplex-strukturierte Teile gießen.
Branchenanwendungen
Luft- und Raumfahrt: Komponenten für Flugzeugtriebwerke, Strukturteile für die Luft- und Raumfahrt.
Biomedizin: Künstliche Gelenke, Zahnersatz.
Andere Bereiche: Schiffspropeller, Raketenstrukturteile usw.
Technologische Herausforderungen und Durchbrüche
Herausforderungen: Die hohe Reaktivität von geschmolzenem Titan führt dazu, dass es mit der Formschale reagiert und eine spröde Schicht bildet. Darüber hinaus kann es aufgrund von Thermoschock zu Rissen oder Porosität kommen.
Durchbrüche: Es wurden neue Materialien wie mit Molybdännetz verstärkte Formschalen und Oxidkeramik-Formschalen (wie Zirkoniumoxid) entwickelt, die die Qualität und Leistung von Gussteilen verbessern.
Zukünftige Trends
Die Technologie entwickelt sich hin zu kostengünstigeren, qualitativ hochwertigeren und umweltfreundlicheren Lösungen. Neue Materialien und Prozessoptimierung (z. B. Simulation digitaler Zwillinge) sind Schlüsselbereiche, und zukünftige Anwendungen werden noch umfassender sein.
