Warum Feinguss für Titan
Beim Feinguss, auch Wachsausschmelzguss genannt, werden Komponenten mit komplexer Geometrie, dünnen Wänden und präzisen Abmessungen hergestellt, deren Bearbeitung aus Stangen oder Schmiedestücken schwierig oder teuer wäre. Bei Titanlegierungen, deren maschinelle Bearbeitung kostspielig und schwierig in komplizierte Formen zu schmieden ist, ist Feinguss ein wirtschaftlicher Weg, um nahezu die Endform zu erreichen.
Das Verfahren ermöglicht außerdem das Gießen mehrerer Komponenten in einer Baugruppe, wodurch Schweiß- und Befestigungsaufwand in der endgültigen Struktur reduziert werden.
Der Feingussprozess
Der Prozess beginnt mit einem Wachsmodell in Form des Bauteils, das in einer Metallform hergestellt wird. Das Modell wird mit aufeinanderfolgenden Keramikschichten überzogen, um eine Hülle zu bilden, das Wachs wird durch Dampf- oder Flash-Brennen entfernt und die Hülle wird gebrannt, um sie zu verstärken.
Die fertige Formschale wird vorgewärmt und in den Gießofen gestellt, wo geschmolzenes Titan hineingegossen wird. Nach dem Erstarren wird die Schale abgebrochen und das Gussstück vom Angusssystem abgeschnitten und fertiggestellt.
Schmelzen und Gießen im Vakuum
Titan muss im Vakuum geschmolzen und gegossen werden, da geschmolzenes Titan Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff aus der Atmosphäre löst, was das Gussstück versprödet. Das Schmelzen erfolgt in einem wassergekühlten Kupfertiegel durch einen Lichtbogen oder Elektronenstrahl, und die Schmelze wird unter Vakuum oder Inertgas gegossen.
Die Vakuumkontrolle ist entscheidend für die Gussqualität. Der Ofen wird vor dem Schmelzen auf einen niedrigen Druck evakuiert und die gesamte Gießsequenz wird überwacht, um das Metall sauber zu halten.
Formmaterialien und Reaktivitätskontrolle
Geschmolzenes Titan reagiert mit fast jedem Formmaterial, daher besteht die Formoberfläche aus einem möglichst inerten feuerfesten Material, typischerweise auf der Basis von Zirkonoxid oder Yttriumoxid, während die Trägerschale aus kostengünstigeren Materialien besteht. Die sich auf der Gussoberfläche bildende Reaktionsschicht wird nach dem Guss entfernt.
Das Gleichgewicht zwischen Formstabilität und Gießbarkeit bestimmt die Oberflächenbeschaffenheit und die Dicke der verunreinigten Schicht und ist die zentrale Herausforderung der Titangusstechnologie.
Qualität und Anwendungen
Feingussteile werden durch Röntgen, Eindringprüfung und Maßprüfung geprüft, und Strukturgussteile können heißisostatisch gepresst werden, um die innere Porosität zu schließen. Gussteile werden gemäß ASTM B367 geliefert, das Gussteile aus Titan und Titanlegierungen abdeckt.
Zu den Anwendungen gehören strukturelle Halterungen und Gehäuse für die Luft- und Raumfahrt, Motorkomponenten, biomedizinische Implantate, Pumpen- und Ventilkörper sowie Schiffsteile, bei denen die nahezu endkonturnahe Form Material- und Bearbeitungskosten spart.
Häufig gestellte Fragen
F: Was ist Feinguss?
A: Feinguss ist ein Präzisionsgussverfahren, bei dem ein Wachsmodell mit einer Keramikhülle überzogen, ausgeschmolzen und durch geschmolzenes Metall ersetzt wird.
F: Warum wird Titan im Vakuum geschmolzen?
A: Geschmolzenes Titan absorbiert Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff aus der Luft, wodurch das Gussstück spröde wird. Daher erfolgt das Schmelzen und Gießen unter Vakuum.
F: Welche Norm deckt Titangussteile ab?
A: ASTM B367 deckt Gussteile aus Titan und Titanlegierungen ab.
F: Welches Formmaterial wird für Titan verwendet?
A: Die Formfläche basiert auf feuerfestem Zirkonoxid oder Yttriumoxid und wurde ausgewählt, um die Reaktion mit geschmolzenem Titan zu minimieren.
F: Was ist heißisostatisches Pressen?
A: Heißisostatisches Pressen wendet Hitze und hohen Gasdruck an, um die innere Porosität in Strukturgussteilen zu schließen.
