I. 정밀 주조: 정밀 성형 기술. 인베스트먼트 주조(인베스트먼트 주조)는 용해성 성형 재료와 내화 쉘의 복합 구조를 통해 정밀 성형을 달성합니다. 1. 금형 준비: 왁스- 기반 또는 수지- 기반 금형을 1:1 비율로 부품과 유사하게 만듭니다.. 2. 쉘 구성: 내화 슬러리(예: 실리카졸 + 강옥 분말)를 금형 표면에 반복적으로 도포하여 10-15층의 쉘을 형성합니다. 두께 5-8mm. 3. 탈형 및 소성: 증기 또는 뜨거운 오일로 성형 재료를 제거하고 900-1050도의 고온 소성으로 쉘을 강화합니다. . 4. 주조: 진공 또는 불활성 가스 보호 하에서 1650-1750도의 용융 티타늄 합금을 쉘에 주입합니다. 이 공정은 Ra1.6μm의 표면 조도, CT4-CT5 등급의 치수 정확도를 달성할 수 있으며, 재료 활용률은 기존 단조에 비해 40% 이상 증가합니다. 특히 터빈 블레이드, 인공 관절 등 복잡한 구조 부품 생산에 적합합니다.
II. 티타늄 합금 주조의 "재료 금지 영역" 과제: 용융 상태에서 티타늄 합금의 화학적 활성은 세 가지 주요 기술적 과제로 이어집니다. 1. 인터페이스 반응: 일반적인 쉘 재료(SiO2 및 Al2O₃ 등)에서 계면 확산이 발생하여 -케이스 취성층. 2.을 형성합니다. 열충격 손상: 티타늄 용융 주조 중 200-300도에 달하는 순간 온도 차이로 인해 껍질 균열. 3. 가스 오염: 껍질에서 수분과 가스가 흡수되면 주조에 다공성 결함이 발생합니다. 사례 연구: 특정 항공기-엔진 블레이드의 주조 시 기존 Al2O₃ 쉘로 인해 주조 표면에 0.2mm 두께의 케이스 층이 생겨 제거를 위해 5번의 추가 가공 공정이 필요하여 재료 손실률이 최대 35%에 달했습니다.
III. 쉘 재료의 혁신적인 혁신 티타늄 합금의 특성을 기반으로 연구자들은 세 가지 유형의 특수 쉘 재료 시스템을 개발했습니다. 1. 탄소질 내화 재료 시스템 대표 재료: 인조 흑연(석유 코크스 + 2800도에서 하소된 피치) 장점: • 진공 > 2200도 • 열팽창 계수는 2.5×10⁻⁶/도에 불과합니다. • 온도에 따라 강도가 증가합니다(80MPa에 도달). 한계점: • 산화중량 증가율은 0.8mg/cm²·h(1000도)에 도달 • 열전도도는 80W/(m·K)로 주조 표면에 미세한-균열이 발생하기 쉽습니다. 개선 방안: 흑연 표면에 Y2O₃ 코팅을 사용하면 산화율이 70% 감소하여 주조 적격률이 92%로 증가합니다.. 2. 산화물 세라믹 시스템 재료 그라데이션 디자인:
주요 매개변수:
• 표면 다공성 < 8%
• 고온-굴곡 강도 > 15MPa(1600도)
• 열충격 저항(1100도 수냉) > 20사이클
적용 효과: 특정 유형의 항공-엔진용 중간 케이싱 주조 시 이 시스템을 사용하면 주조의 치수 정확도가 ±0.3mm에서 ±0.1mm로 향상되고 가공 공차가 60% 감소했습니다.. 3. 내화 금속 시스템을 위한 혁신적인 솔루션: • 탑 코팅: 텅스텐 분말(입자 크기 D50=5μm) + 이트륨 졸 시스템을 활용하여 화학적 성질을 달성합니다. 안정성 수준 9(0-10). • 후면 레이어 강화: 몰리브덴 메쉬 강화 구조로 쉘의 충격 저항이 3배 증가합니다. 기술적 혁신: • TC4 티타늄 합금을 1700도에서 240초 동안 접촉한 후 인터페이스 반응층 두께는 다음과 같습니다.<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.
로스트 왁스 주조 방법으로도 알려진 티타늄 합금 매몰 주조 방법에는 왁스 주형을 만들고 이를 내화물로 덮은 다음 가열하여 왁스를 제거하고 용융된 티타늄을 부은 다음 냉각하여 고정밀 티타늄 합금 부품을 얻는 과정이 포함됩니다.- 이 기술은 항공-엔진용 터빈 블레이드 및 인공 관절과 같이 고정밀 요구 사항이 있는 복잡한-형 구성 요소를 만드는 데 특히 적합하며 재료 낭비와 후속 가공을 크게 줄입니다.
핵심 프로세스 흐름:
금형 준비: 왁스나 레진을 사용하여 부품의 1:1 투자 금형을 만듭니다.
쉘 구성: 내화성 슬러리(예: 커런덤 분말이 포함된 실리카졸)를 매몰 몰드에 반복적으로 도포하여 10-15층 쉘, 두께 5-8mm를 형성합니다.
탈형 및 소성: 증기나 뜨거운 오일을 사용하여 왁스 몰드를 제거한 다음 900-1050 도의 고온에서 쉘을 소성합니다.
붓기: 진공 또는 불활성 가스 보호 하에서 1650-1750도에서 용융된 티타늄 합금을 붓습니다.
기술적인 이점:
높은 정밀도: 치수 정확도는 CT4-CT5 수준, 표면 마감 Ra1.6μm에 도달합니다.
높은 재료 활용도: 기존 단조보다 40% 이상 높습니다.
복잡한 부품에 적합: 벽이 얇고-복잡한-구조의 부품을 주조할 수 있습니다.
산업 응용
항공우주: 항공기 엔진 부품, 항공우주 구조 부품.
생의학: 인공 관절, 치과 보철물.
기타 분야 : 선박 프로펠러, 미사일 구조 부품 등
기술적 과제와 혁신
과제: 용융 티타늄의 높은 반응성으로 인해 금형 쉘과 반응하여 부서지기 쉬운 층을 형성하기 쉽고 열 충격으로 인해 균열이 생기거나 다공성이 발생할 수도 있습니다.
혁신: 몰리브덴 메쉬 강화 몰드 쉘 및 산화물 세라믹 몰드 쉘(예: 산화지르코늄)과 같은 신소재가 개발되어 주조품의 품질과 성능이 향상되었습니다.
미래 동향
기술은 더 낮은 비용, 더 높은 품질, 더 환경 친화적인 솔루션을 향해 발전하고 있습니다. 새로운 재료와 프로세스 최적화(예: 디지털 트윈 시뮬레이션)가 핵심 영역이며 향후 적용 범위는 더욱 넓어질 것입니다.
