Come vengono fuse le giranti e le ruote di guida in lega di titanio?

Le giranti e le ruote guida in lega di titanio vengono colate sotto vuoto con fusione e riempimento dello stampo protetti, poiché il titanio fuso reagisce facilmente con i gas e con molti materiali da stampo. La girante utilizza un guscio in grafite per microfusione e colata centrifuga; la ruota guida utilizza uno stampo in grafite trattato e riempimento centrifugo sotto vuoto. Tra i materiali esaminati figurano le leghe di titanio da fonderia Ti-6Al-4V e Ti-5Al-2.5Sn; di seguito sono riportate la composizione e le proprietà rappresentative del Ti-6Al-4V.

Composizione e proprietà della lega di titanio fusa Ti-6Al-4V

Nota: La lega contiene solitamente anche piccole quantità di C, O, N e H, mentre il resto è costituito da titanio.

La fusione delle leghe di titanio è complessa. Le temperature di fusione superano generalmente i 1700 °C e il titanio è altamente reattivo. Al di sopra dei 500 °C reagisce con molti materiali, mentre il titanio fuso può reagire con quasi tutti i materiali refrattari, nonché con ossigeno, idrogeno e azoto. Inoltre, la sua fluidità è scarsa. I materiali degli stampi, le tecniche di fusione e il riempimento degli stampi richiedono quindi controlli specifici. I materiali degli stampi devono presentare un’elevata refrattarietà e stabilità termica e non devono reagire con il metallo fuso. Gli attuali sistemi di stampaggio comprendono stampi in grafite compattata, gusci per fusione a cera persa, stampi in ceramica e stampi in sabbia di zircone.

A causa di questa reattività, la fusione in lingotti con elettrodi consumabili e la fusione del titanio devono avvenire sotto vuoto o in atmosfera di gas inerte in un crogiolo raffreddato forzatamente. Nella produzione si utilizza comunemente un forno di fusione sotto vuoto a crogiolo.

Girante in titanio colata a cera persa con guscio in grafite

Questa girante utilizza uno stampo a guscio. Il sistema a guscio impiega resina fenolica come legante e polvere di grafite e sabbia di diverse granulometrie come riempitivo refrattario e stucco. La resistenza del guscio raggiunge i 5,7-6,8 MPa. Gli stampi per le giranti e i rotori dei ventilatori hanno un ingombro esterno di 350 mm × 350 mm × 350 mm. Lo stampo viene posizionato al centro della piattaforma girevole in una macchina per colata centrifuga verticale, e la camera a vuoto viene chiusa per l’evacuazione e la fusione.

Una volta completata la fusione, il forno a cranio si inclina automaticamente per consentire il getto. La velocità dello stampo durante il getto è di 200-400 giri/min. I pezzi fusi ottenuti possono avere uno spessore minimo delle pareti di 1,5-2 mm e una rugosità superficiale di Ra 3,2-6,3 μm.

Ruota guida in titanio colata in stampo di grafite

La ruota di guida ha un diametro massimo di 363,5 mm e 18 pale distribuite uniformemente. La parete all'estremità delle pale ha uno spessore di 4 mm, la tolleranza di spessore delle pale è inferiore a 0,2 mm e l'errore di arco delle pale è inferiore a 0,15 mm. Le superfici delle pale devono avere una rugosità Ra di 6,3 μm, mentre le superfici lavorate della ruota di guida presentano un margine di lavorazione di 2-3 mm.

Un unico nucleo anulare forma tutte le pale, contribuendo a controllarne le dimensioni e la posizione. Il nucleo delle pale, i nuclei dei contorni superiore e inferiore e la sezione della coppa di colata vengono assemblati all’interno di uno stampo esterno. Gli stampi e le anime in grafite finiti contengono spesso umidità e richiedono un trattamento ad alta temperatura. Collocare lo stampo in un forno a vuoto, evacuare l’aria, riscaldare lentamente fino a 950 °C, mantenere la temperatura per circa 4 ore e raffreddare insieme al forno. Colare lo stampo trattato il prima possibile per limitare un nuovo assorbimento di gas.

La colata viene eseguita in un forno cranico a elettrodi consumabili sotto vuoto con riempimento centrifugo sotto vuoto. In base al raggio medio, utilizzare un fattore di gravità G pari a 15 e una velocità dello stampo di 350 giri/min. Raffreddare il pezzo fuso sotto vuoto dopo la colata.