¿Cómo se funden los impulsores y las ruedas guía de aleación de titanio?

Los impulsores y las ruedas guía de aleación de titanio se funden al vacío con fusión y llenado del molde protegidos, porque el titanio líquido reacciona fácilmente con los gases y con muchos materiales de moldeo. El impulsor utiliza una cáscara de grafito para fundición a la cera perdida y colada centrífuga; la rueda guía utiliza un molde de grafito tratado y llenado centrífugo al vacío. Entre los materiales analizados se encuentran las aleaciones de titanio fundido Ti-6Al-4V y Ti-5Al-2.5Sn; a continuación se muestran la composición y las propiedades representativas del Ti-6Al-4V.

Composición y propiedades de la aleación de titanio fundido Ti-6Al-4V

Nota: La aleación suele contener también pequeñas cantidades de C, O, N y H, y el resto es titanio.

La fundición de aleaciones de titanio es complicada. Las temperaturas de fusión suelen superar los 1700 °C, y el titanio es muy reactivo. Por encima de los 500 °C reacciona con muchos materiales, mientras que el titanio fundido puede reaccionar con casi todos los materiales refractarios y con el oxígeno, el hidrógeno y el nitrógeno. Además, su fluidez es escasa. Por lo tanto, los materiales de moldeo, las técnicas de fusión y el llenado del molde requieren controles especiales. Los materiales de moldeo deben tener una alta refractariedad y estabilidad térmica, y no deben reaccionar con el metal fundido. Los sistemas de moldeo actuales incluyen moldes de grafito apisonado, cáscaras de fundición a la cera perdida, moldes cerámicos y moldes de arena de circón.

Debido a esta reactividad, la fusión de lingotes con electrodos consumibles y la fundición de titanio deben realizarse al vacío o bajo protección de gas inerte en un crisol de enfriamiento forzado. En la producción se suele utilizar un horno de fusión al vacío de tipo «skull».

Impulsor de titanio por fundición a la cera perdida con cáscara de grafito

Este impulsor utiliza una carcasa de revestimiento. El sistema de la carcasa emplea resina fenólica como aglutinante y polvo de grafito y arena de diferentes tamaños de partícula como relleno refractario y estuco. La resistencia de la carcasa alcanza los 5,7-6,8 MPa. Los moldes para los impulsores y los rotores de los ventiladores tienen unas dimensiones exteriores de 350 mm × 350 mm × 350 mm. El molde se coloca en el centro de la mesa giratoria de una máquina de fundición centrífuga vertical, y la cámara de vacío se cierra para realizar el vaciado y la fusión.

Una vez fundido el material, el horno de cráneo se inclina automáticamente para realizar el vertido. La velocidad del molde durante el vertido es de 200-400 r/min. Las piezas fundidas resultantes pueden tener un espesor mínimo de pared de 1,5-2 mm y una rugosidad superficial de Ra 3,2-6,3 μm.

Rueda guía de titanio fundida en molde de grafito

La rueda guía tiene un diámetro máximo de 363,5 mm y 18 álabes distribuidos uniformemente. La pared de la punta de la pala tiene un grosor de 4 mm, la tolerancia en el grosor de la pala es inferior a 0,2 mm y el error de arco de la pala es inferior a 0,15 mm. Las superficies de las palas deben tener una rugosidad Ra de 6,3 μm, mientras que las superficies mecanizadas de la rueda guía tienen un margen de mecanizado de 2-3 mm.

Un único núcleo anular da forma a todas las palas, lo que ayuda a controlar sus dimensiones y posición. El núcleo de la pala, los núcleos de contorno superior e inferior y la sección de la copa de colada se ensamblan dentro de un molde exterior. Los moldes y núcleos de grafito terminados suelen contener humedad y requieren un tratamiento a alta temperatura. Coloque el molde en un horno de vacío, evacúe el aire, caliéntelo lentamente hasta 950 °C, mantenga esa temperatura durante unas 4 horas y déjelo enfriar junto con el horno. Realice la colada con el molde tratado lo antes posible para limitar una nueva absorción de gases.

La colada se realiza en un horno de cráneo con electrodo consumible al vacío, con llenado centrífugo al vacío. Teniendo en cuenta el radio medio, utilice un factor de gravedad G de 15 y una velocidad del molde de 350 r/min. Enfríe la pieza fundida al vacío tras la colada.