Como são fundidos os impulsores e as rodas-guia de liga de titânio?

Impulsores e rodas-guia de liga de titânio são fundidos a vácuo, com proteção durante a fusão e o enchimento do molde, porque o titânio líquido reage facilmente com gases e muitos materiais de moldagem. O impulsor utiliza uma casca de grafite para fundição de precisão e vazamento centrífugo; a roda-guia utiliza um molde de grafite tratado e enchimento centrífugo a vácuo. Entre os materiais analisados estão as ligas de titânio fundido Ti-6Al-4V e Ti-5Al-2.5Sn; a composição e as propriedades representativas do Ti-6Al-4V são apresentadas abaixo.

Composição e propriedades da liga de titânio fundida Ti-6Al-4V

Observação: A liga geralmente também contém pequenas quantidades de C, O, N e H, sendo o restante composto por titânio.

A fundição de ligas de titânio é difícil. As temperaturas de fusão geralmente estão acima de 1.700 °C, e o titânio é altamente reativo. Acima de 500 °C, ele reage com muitos materiais, enquanto o titânio fundido pode reagir com quase todos os materiais refratários e com oxigênio, hidrogênio e nitrogênio. Sua fluidez também é baixa. Os materiais do molde, o processo de fusão e o preenchimento do molde, portanto, exigem controles especiais. Os materiais de moldagem precisam de alta refratariedade e estabilidade térmica e não devem reagir com a massa fundida. Os sistemas de moldagem atuais incluem moldes de grafite compactada, conchas de fundição por cera perdida, moldes cerâmicos e moldes de areia de zircônio.

Devido a essa reatividade, a fusão de lingotes com eletrodo consumível e a fundição de titânio devem ocorrer sob vácuo ou proteção por gás inerte em um cadinho com resfriamento forçado. Na produção, utiliza-se comumente um forno de fusão a vácuo do tipo “skull”.

Impulsor de titânio por fundição de precisão com casca de grafite

Este impulsor utiliza um molde de revestimento. O sistema de revestimento emprega resina fenólica como aglutinante e pó de grafite e areia de diferentes tamanhos de partículas como enchimento refratário e estuque. A resistência do revestimento atinge 5,7-6,8 MPa. Os moldes para impulsores e rotores de ventiladores têm um envelope externo de 350 mm × 350 mm × 350 mm. O molde é posicionado no centro da mesa giratória de uma máquina de fundição centrífuga vertical, e a câmara de vácuo é fechada para a evacuação e a fusão.

Após a fusão, o forno tipo crânio se inclina automaticamente para o vazamento. A velocidade do molde durante o vazamento é de 200 a 400 r/min. As peças fundidas resultantes podem ter uma espessura mínima de parede de 1,5 a 2 mm e uma rugosidade superficial de Ra 3,2 a 6,3 μm.

Roda-guia de titânio fundida em molde de grafite

A roda-guia tem um diâmetro máximo de 363,5 mm e 18 lâminas distribuídas uniformemente. A parede na ponta da lâmina tem 4 mm de espessura, a tolerância de espessura da lâmina é inferior a 0,2 mm e o erro de arco da lâmina é inferior a 0,15 mm. As superfícies das lâminas devem apresentar Ra 6,3 μm, enquanto as superfícies usinadas da roda-guia têm uma margem de usinagem de 2 a 3 mm.

Um único núcleo anular forma todas as lâminas, ajudando a controlar as dimensões e a posição delas. O núcleo da lâmina, os núcleos de contorno superior e inferior e a seção do copo de vazamento são montados dentro de um molde externo. Moldes e núcleos de grafite acabados geralmente contêm umidade e requerem tratamento a alta temperatura. Coloque o molde em um forno a vácuo, evacue-o, aqueça lentamente até 950 °C, mantenha a temperatura por cerca de 4 horas e resfrie junto com o forno. Faça a vazão do molde tratado o mais rápido possível para limitar a reabsorção de gás.

A fundição é realizada em um forno de crânio com eletrodo consumível a vácuo, com enchimento centrífugo sob vácuo. Com base no raio médio, utilize um fator de gravidade G igual a 15 e uma velocidade do molde de 350 r/min. Resfrie a peça fundida sob vácuo após a fundição.