I. יציקת השקעות: אומנות הגיבוש המדויק. יציקת השקעה (יציקת השקעה) משיגה יצירת דיוק באמצעות מבנה מרוכב של חומר יציקה מתיך ומעטפת עקשנית: 1. הכנת תבנית: תבנית מבוססת שעווה-או מבוססת שרף- עשויה להידמות לחלק בקנה מידה 1:1 מיושם שוב ושוב על פני התבנית ליצירת 10-15 שכבות של מעטפת בעובי של 5-8 מ"מ. 3. פירוק ושריפה: חומר היציקה מוסר על ידי קיטור או שמן חם, והקליפה מתחזקת על ידי שריפה בטמפרטורה גבוהה ב-900-1050 מעלות הגנה של 900-1050 מעלות {{14} under titan moltenoy} ב 1650-1750 מעלות מוזרק לתוך הקליפה. תהליך זה יכול להשיג גימור משטח של Ra1.6μm, דיוק ממדי בדרגת CT4-CT5, ושיעור ניצול החומר גדל ביותר מ-40% בהשוואה לפרזול מסורתי. הוא מתאים במיוחד לייצור חלקי מבנה מורכבים כגון להבי טורבינה ומפרקים מלאכותיים.
II. אתגרי "האזור האסור החומר" ביציקת סגסוגת טיטניום: הפעילות הכימית של סגסוגות טיטניום במצב מותך מובילה לשלושה אתגרים טכניים עיקריים: 1. תגובת ממשק: דיפוזיה משטחית מתרחשת עם חומרי מעטפת נפוצים (כגון SiO₂ ו-Al₂O₃), ויוצרים -שכבה שבירה{3} בטמפרטורה שביר: הבדל של 200-300 מעלות במהלך יציקת טיטניום מותכת גורם לפיצוח קליפה. 3. זיהום גז: ספיחה של לחות וגז מהקליפה מובילה לפגמי נקבוביות ביציקה. תיאור מקרה: ביציקה של להב מנוע אווירי- מסוים, מעטפת Al₂O₃ המסורתית הביאה לשכבת מארז בעובי של 0.2 מ"מ על משטח היציקה, שדרשה חמישה תהליכי עיבוד נוספים להסרה, וכתוצאה מכך שיעור אובדן חומר גבוה של 35%.
III. פריצות דרך חדשניות בחומרי מעטפת בהתבסס על המאפיינים של סגסוגות טיטניום, חוקרים פיתחו שלושה סוגים של מערכות חומרי מעטפת מיוחדים: 1. חומר מייצג מערכת חומר חסין פחמן חומר: גרפיט מלאכותי (קולה נפט + זפת מסולסל ב-2800 מעלות) יתרונות התפשטות • 2 דרגות רפרקטור 2. רק 2.5×10⁻⁶/מעלה • החוזק עולה עם הטמפרטורה (מגיע ל-80MPa ב-1000 מעלות) מגבלות: • קצב העלייה במשקל החמצון מגיע ל-0.8mg/cm²·h (1000 מעלות) • מוליכות תרמית גבוהה כמו 80W/(m·K}, תוך שימוש בקלות במיקרו{1} סדקים על פני השטח. פתרון: שימוש בציפוי Y₂O₃ על משטח הגרפיט מפחית את קצב החמצון ב-70%, ומגדיל את קצב ההסמכה ליציקה ל-92%. 2. עיצוב שיפוע חומר של מערכת קרמיקה אוקסיד:
פרמטרים מרכזיים:
• נקבוביות פני השטח < 8%
• חוזק כיפוף-בטמפרטורה גבוהה > 15 MPa (1600 מעלות)
• עמידות בפני זעזועים תרמיים (1100 מעלות קירור מים) > 20 מחזורים
אפקט היישום: ביציקה של מעטפת ביניים עבור סוג מסוים של מנוע תעופה-, השימוש במערכת זו שיפר את דיוק הממדים של היציקה מ-±0.3 מ"מ ל-±0.1 מ"מ, והפחית את קצבת העיבוד ב-60%. 3. פתרון חדשני עבור מערכת אבקת מתכת עקשנית: •particle Top Tungsten מערכת D50=5μm) + איטריום סול, השגת רמת יציבות כימית של 9 (0-10). • חיזוק השכבה האחורית: מבנה חיזוק רשת מוליבדן מגביר את עמידות הקונכייה של המעטפת פי 3. פריצות דרך טכניות: • לאחר מגע עם סגסוגת טיטניום TC4 ב-1700 מעלות למשך 240 שניות, עובי שכבת התגובה של הממשק הוא<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.
יציקת השקעה בסגסוגת טיטניום, הידועה גם בשם שיטת יציקת השעווה האבודה-, כוללת יצירת תבנית שעווה, כיסויה בחומר עקשן, חימום להסרת השעווה, יציקת טיטניום מותך ולאחר מכן קירור לקבלת חלקים מסגסוגת טיטניום-בדיוק גבוה. טכנולוגיה זו מתאימה במיוחד לייצור רכיבים מורכבים בצורת -עם דרישות דיוק גבוהות, כגון להבי טורבינה למנועי תעופה- ומפרקים מלאכותיים, תוך צמצום משמעותי של בזבוז חומר ועיבוד שבבי.
זרימת תהליך ליבה:
הכנת תבנית: צור תבנית השקעה 1:1 של החלק באמצעות שעווה או שרף.
בניית מעטפת: מרחו שוב ושוב תמיסת עקשן (כגון סיליקה סול עם אבקת קורונדום) על תבנית ההשקעה ליצירת מעטפת של 10-15 שכבות, בעובי 5-8 מ"מ.
פירוק ושריפה: הסר את תבנית השעווה באמצעות קיטור או שמן חם, ולאחר מכן אש את הקליפה בטמפרטורה גבוהה של 900-1050 מעלות.
מזיגה: שפכו פנימה סגסוגת טיטניום מותכת ב-1650-1750 מעלות תחת ואקום או הגנה מפני גז אינרטי.
יתרונות טכניים:
דיוק גבוה: דיוק מידות מגיע לרמת CT4-CT5, גימור פני השטח Ra1.6μm.
ניצול חומרים גבוה: יותר מ-40% יותר מאשר פרזול מסורתי.
מתאים לחלקים מורכבים: מסוגל ליצוק חלקים בעלי קירות דקים ומורכבים-.
יישומים בתעשייה
תעופה וחלל: רכיבי מנועי מטוסים, חלקי מבנה תעופה וחלל.
ביו-רפואי: מפרקים מלאכותיים, תותבות שיניים.
תחומים אחרים: מדחפי ספינה, חלקי מבנה של טילים וכו'.
אתגרים טכנולוגיים ופריצות דרך
אתגרים: תגובתיות גבוהה של טיטניום מותך גורמת לו להגיב עם מעטפת העובש ליצירת שכבה שבירה, והוא עלול גם להיסדק או לפתח נקבוביות עקב הלם תרמי.
פריצות דרך: פותחו חומרים חדשים כגון קונכיות תבנית מחוזקות ברשת מוליבדן וקונכיות תבנית קרמיקה תחמוצת (כגון תחמוצת זירקוניום) ומשפרים את האיכות והביצועים של היציקות.
מגמות עתידיות
הטכנולוגיה מתפתחת לקראת עלות נמוכה יותר, איכות גבוהה יותר ופתרונות ידידותיים יותר לסביבה. חומרים חדשים ואופטימיזציה של תהליכים (כגון הדמיית תאומים דיגיטליים) הם תחומי מפתח, ויישומים עתידיים יהיו רחבים אף יותר.
