Взаимодействие титанового сплава ВТ20Л с литейной формой при изготовлении крупногабаритных тонкостенных отливок авиационного назначения по безмодельной технологии

Развивающаяся авиационная промышленность предъявляет высокие требования к геометрической точности и массе деталей. Современные конструкции становятся более легкими, тонкостенными и прочными. Все чаще используются сплавы на основе титана, обладающие высокой удельной прочностью, взамен тяжёлых на основе никеля и железа. Изготовление крупногабаритных тонкостенных отливок – сложная задача для титанового литья.

Сплавы на основе титана обладают высокой коррозионной стойкостью, превосходя лучшие марки нержавеющей стали, однако, в расплавленном виде они активно взаимодействуют практически со всеми веществами, особенно газами, и становиться хрупким. Поэтому плавку и заливку проводят под вакуумом и выбирают материалы для формы, которые обладают высокой химической стойкостью по отношению к титану, такие, как углеродные.

Так как метод литья в безмодельную оснастку исключает из производственного цикла создание литейной модели и сокращает время на финишную обработку, он представляет большой интерес, особенно если производство мелкосерийное или единичное.

Суть метода заключается в том, что с использованием современных станков с ЧПУ и компьютерной модели из заготовок выбранного материала вытачивается литейная форма. Для изготовления отливки фрагмента детали «Втулка» использовали блоки графита, полученные методом изостатического прессования.

Был проведен анализ поверхности контакта графитовой формы с металлом после изготовления отливки на растровом электронном микроскопе.

Во вторичных электронах показан рельеф поверхности образца в месте контакта металла-формы (рис 1,а). Значительного разрушения и размывания материала формы не произошло. Так же измерения, проведенные с помощью профилометра, показали, что шероховатость поверхности формы после заливки ниже, чем до заливки.

Изображение полученное в отраженных электронах показало на поверхности формы химические элементы, такие, как алюминий, титан, кремний и их оксиды (светлые области). (рис 1,б). На поверхностях, через которые прошло большее количество металла, выделилось их больше, а на поверхностях, не контактировавших с поверхностью металла, содержание этих элементов незначительно.

Рисунок 1 – Изображение поверхности образца №1: а) Вторичные электроны; б) отраженные электроны

Разработанная технология изготовления графитовых форм позволяет реализовать метод литья по безмодельной технологии для получения крупногабаритных тонкостенных титановых отливок с минимальными затратами, а также обеспечивает точность и чистоту поверхности литых деталей.

При этом следует подчеркнуть, что части формы, которые извлекаются без разрушения, можно использовать повторно, например элементы литниковой системы.