Titanlegierungen werden aufgrund ihrer hervorragenden spezifischen Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Biokompatibilität häufig in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Medizin und Chemie eingesetzt. Titan ist jedoch chemisch aktiv und reagiert bei hohen Temperaturen leicht mit Elementen wie Sauerstoff und Stickstoff. Daher muss sein Guss unter Hochvakuum oder Schutzgas erfolgen, was seinen einzigartigen Produktionsprozess ausmacht.
Feinguss und Modellvorbereitung
Gussteile aus Titanlegierungen werden üblicherweise im Feingussverfahren gegossen. Stellen Sie zunächst entsprechend dem Produktdesign eine Metallform her und pressen Sie damit eine schmelzbare Wachsform. Mehrere Wachsformen werden zu einem „Modulbaum“ zusammengesetzt. Anschließend wird das Modul wiederholt in eine spezielle feuerfeste Beschichtung (meist auf Yttriumoxid- oder Zirkonbasis) getaucht, mit Sandpartikeln bestreut und zu einer ausreichend dicken Hülle geschichtet.
Schalenrösten und Schmelzgießen
Nachdem sich die Schale gebildet hat, muss sie bei hoher Temperatur gebacken werden. Einerseits härtet dieser Prozess die Hülle und sorgt für ausreichende Festigkeit, um dem Aufprall geschmolzenen Metalls standzuhalten. Die innere Wachsform hingegen vollständig schmelzen und verbrennen, um einen hohlen Hohlraum zu bilden. Der Kernprozess ist das Schmelzen und Gießen, das in einer Spezialausrüstung - Vakuum-Lichtbogen-Kondensationsofen durchgeführt werden muss. Es verwendet hochreine Titanrohstoffe (z. B. Titanschwamm) oder Rücklaufmaterialien als Elektroden und schmilzt diese sofort durch einen Hochstromlichtbogen unter extrem hohem Vakuum. Die geschmolzene Titanflüssigkeit sammelt sich in der „erstarrten Hülle“ (eine Schicht aus erstarrter Titanhülle am Rand des wassergekühlten Kupfertiegels) und kippt dann den Tiegel schnell, um die Metallflüssigkeit in die vorgeheizte Hülle zu injizieren. Der gesamte Schmelz- und Gießprozess wird unter Vakuum oder Schutzatmosphäre durchgeführt, wodurch eine Oxidation der Titanflüssigkeit wirksam verhindert wird.
Nachbearbeitung und Qualitätsprüfung
Nach dem Gießen kühlt der Guss in der Formschale langsam ab. Anschließend wird die Hülle durch mechanische Mittel wie Vibration oder Hochdruck-Wasserpistole zerbrochen und der Guss wird entfernt und geschnitten, um ihn vom Modulbaum zu trennen. Als nächstes sind eine Reihe von Folgeprozessen erforderlich:
1. Strahlenreinigung: Entfernen von feuerfesten Rückständen auf der Oberfläche.
2. Heißisostatisches Pressen: Dies ist ein wichtiger Schritt zur Verbesserung der Zuverlässigkeit von Gussteilen. Unter Inertgas mit hoher Temperatur und hohem Druck werden kleine Lunker, Poren und andere Defekte im Inneren des Gussstücks verdichtet und ausgeheilt, wodurch dessen Dichte und mechanische Eigenschaften erheblich verbessert werden.
3. Chemisches Mahlen: Verwendung einer sauren Waschlösung, um die sauerstoffreiche Schicht (Alpha-Versprödungsschicht) zu entfernen, die sich während des Bearbeitungsprozesses auf der Oberfläche des Gussstücks gebildet hat.
4. Mechanische Bearbeitung und Prüfung: An wichtigen Abmessungen von Gussteilen werden Präzisionsbearbeitungen durchgeführt und zerstörungsfreie Prüftechniken wie Röntgen- und Fluoreszenzdurchdringung werden eingesetzt, um sicherzustellen, dass ihre Innen- und Oberflächenqualität den Standards entspricht.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Herstellung von Gussteilen aus Titanlegierungen ein komplexer Prozess ist, der eine präzise Modellvorbereitung, eine spezielle Schmelztechnologie und eine strenge Nachbearbeitung umfasst. Jeder Schritt ist entscheidend, um die hohe Leistung und Zuverlässigkeit des Endprodukts sicherzustellen.
