Titanyum Alaşımlı Çarklar ve Kılavuz Çarklar Nasıl Dökülür?

Titanyum alaşımlı çarklar ve kılavuz çarklar, sıvı titanyum gazlarla ve birçok kalıp malzemesiyle kolayca tepkimeye girdiği için korumalı ergitme ve kalıp doldurma ile vakum altında dökülür. Çarkta hassas döküm için grafit kabuk ve santrifüj döküm; kılavuz çarkta ise işlem görmüş grafit kalıp ve vakumlu santrifüj dolum kullanılır. Ele alınan döküm malzemeleri arasında Ti-6Al-4V ve Ti-5Al-2.5Sn döküm titanyum alaşımları bulunur; Ti-6Al-4V’nin temsili bileşimi ve özellikleri aşağıda verilmiştir.

Ti-6Al-4V Döküm Titanyum Alaşımının Bileşimi ve Özellikleri

Not: Bu alaşımda genellikle az miktarda C, O, N ve H de bulunur; geri kalanı titanyumdur.

Titanyum alaşımlarının dökümü zordur. Erime sıcaklıkları genellikle 1700 °C’nin üzerindedir ve titanyum oldukça reaktif bir maddedir. 500 °C’nin üzerinde birçok maddeyle reaksiyona girerken, erimiş titanyum neredeyse tüm refrakter malzemelerle ve oksijen, hidrojen ve azotla reaksiyona girebilir. Akışkanlığı da zayıftır. Bu nedenle kalıp malzemeleri, eritme işlemleri ve kalıp doldurma işlemleri özel kontroller gerektirir. Kalıp malzemeleri yüksek refrakterlik ve termal kararlılığa sahip olmalı ve eriyikle reaksiyona girmemelidir. Mevcut kalıp sistemleri arasında sıkıştırılmış grafit kalıplar, hassas döküm kabukları, seramik kalıplar ve zirkonyum kum kalıpları bulunmaktadır.

Bu reaktivite nedeniyle, sarf malzemesi elektrotlu külçe eritme ve titanyum döküm işlemleri, zorla soğutmalı bir potada vakum altında veya inert gaz koruması altında gerçekleştirilmelidir. Üretimde genellikle vakumlu kafatası eritme fırını kullanılır.

Grafit Kabuklu Hassas Döküm Titanyum Çark

Bu pervane, kalıp kabuğu tekniği kullanmaktadır. Kabuk sisteminde bağlayıcı olarak fenolik reçine, ateş dayanıklı dolgu ve sıva olarak ise farklı tane boyutlarına sahip grafit tozu ve kum kullanılmaktadır. Kabuk mukavemeti 5,7–6,8 MPa’ya ulaşmaktadır. Pervaneler ve fan rotorları için kalıpların dış boyutları 350 mm × 350 mm × 350 mm'dir. Kalıp, dikey santrifüj döküm makinesindeki döner tablanın merkezine yerleştirilir ve vakum odası, hava boşaltma ve eritme işlemleri için kapatılır.

Erime işleminden sonra, kafatası fırını döküm yapmak üzere otomatik olarak yana yatar. Döküm sırasında kalıp hızı 200-400 dev/dk’dır. Elde edilen dökümlerin minimum duvar kalınlığı 1,5-2 mm ve yüzey pürüzlülüğü Ra 3,2-6,3 μm olabilir.

Grafit Kalıpta Dökülen Titanyum Kılavuz Çark

Kılavuz tekerleğin maksimum çapı 363,5 mm’dir ve üzerinde eşit aralıklarla dağıtılmış 18 kanat bulunmaktadır. Kanat ucu duvar kalınlığı 4 mm, kanat kalınlığı toleransı 0,2 mm'den az ve kanat yay hatası 0,15 mm'den azdır. Kanat yüzeyleri Ra 6,3 μm değerine sahip olmalıdır; işlenmiş kılavuz tekerlek yüzeylerinde ise 2-3 mm'lik bir işleme payı bulunur.

Tek bir halka şeklindeki kalıp göbeği tüm kanatları oluşturur ve bu sayede kanat boyutlarının ve konumunun kontrol edilmesine yardımcı olur. Kanat göbeği, üst ve alt kontur kalıpları ile döküm kabı bölümü, bir dış kalıbın içinde bir araya getirilir. Bitmiş grafit kalıplar ve çekirdekler genellikle nem içerir ve yüksek sıcaklıkta işleme tabi tutulmaları gerekir. Kalıbı bir vakum fırınına yerleştirin, içindeki havayı boşaltın, yavaşça 950°C'ye ısıtın, yaklaşık 4 saat bu sıcaklıkta tutun ve fırınla birlikte soğutun. Yeniden gaz emilimini sınırlamak için işlenmiş kalıbı mümkün olduğunca çabuk dökün.

Döküm işlemi, vakum altında santrifüjlü doldurma özelliğine sahip, vakumlu sarf malzemeli elektrotlu kafatası fırınında gerçekleştirilir. Ortalama yarıçapa göre, 15 değerinde bir yerçekimi faktörü (G) ve 350 dev/dk kalıp hızı kullanılmalıdır. Dökümden sonra döküm parçası vakum altında soğutulmalıdır.