Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия:

А. Ю. Качалов, аспирант, каф. ЛТиХОМ, эл. почта: kachalov.ltm@mail.ru
В. Д. Белов, зав. каф. ЛТиХОМ
В. Е. Баженов, доцент каф. ЛТиХОМ
А. В. Фадеев, инженер-технолог, каф. ЛТиХОМ

В связи с тем, что титановые сплавы обладают высокой химической активностью, при взаимодействии с материалом форм на поверхности отливок образуется альфированный слой. Он характеризуется высокой твердостью, что делает хрупкой поверхность отливки, а следовательно, приводит к снижению эксплуатационных характеристик. В настоящее время для получения отливок из титановых сплавов используют формы из более инертных материалов, например керамики различных оксидов, для достижения минимальной глубины альфированного слоя. Литейные формы для литья тонкостенных крупногабаритных отливок из титановых сплавов можно изготавливать из прессованного в блоки графита. В них содержится малое количество связующих по сравнению с другими материалами форм, к тому же углеродные материалы наиболее инертны к титановым сплавам. Высокая теплопроводность материала приводит к снижению времени взаимодействия расплава с формой благодаря быстрому затвердеванию. Графит обрабатывают на многокоординатных станках с числовым программным управлением (ЧПУ) для получения элементов формы, которые затем собираются воедино. Такой подход дает возможность получать отливки практически любой конфигурации. Из литературы известно, что обработанная поверхность графита обладает низкой шероховатостью, сравнимой с шероховатостью керамических форм. Высокое качество поверхности способствует снижению интенсивности взаимодействия между расплавом и материалом литейной формы. Проведен анализ поверхностного слоя опытной отливки «Корпус внутренний» на участках, через которые прошло разное количество расплава. На этих участках поверхность отливки обладала разной шероховатостью, что, предположительно, должно отражать степень взаимодействия расплава с литейной формой. Показано, что альфированный слой отсутствует вне зависимости от расположения исследуемого участка. Изучены механические свойства, химический состав титановой опытной отливки. Полученный сплав не загрязнен материалом формы и полностью соответствует требованиям ТУ 1-92-184–91 по химическому составу. В отливке отсутствуют концентраторы напряжения, она обладает высокими механическими свойствами.

1. Деменок А. О., Ганеев А. А., Деменок О. Б. и др. Разработка ресурсосберегающей технологии получения крупногабаритных отливок из титановых сплавов // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». 2015. Т. 15, № 2. С. 20–25.
2. Бакерин С. В., Деменок О. Б., Мухамадеев И. Р., Деменок А. О. Изготовление оболочковых форм для крупногабаритного прецизионного титанового литья // Металловедение и современные разработки в области технологий литья, деформации и термической обработки легких сплавов / Сб. докладов научно-технической конференции. — М. : Изд-во Всероссийского научно-исследовательского института авиационных материалов, 2016. — 29 с.
3. Колдаев А. Б., Ясинский К. К., Бутцев Б. И. Исследование поверхностных газонасыщенных слоев отливок из титанового сплава ВТ5Л при литье в различные формы // Научно-технический сборник. Вопросы авиационной науки и техники.1989. № 3. С. 51–58.
4. Si-Young Sung, Young-Jig Kim. Alpha-case formation mechanism on titanium investment castings // Materials Science and Engineering A. 2005. Vol. 405, Iss. 1-2. P. 173–177.
5. Koike M., Cai Z., Fujii H., Rezner M., Okabe T. Corrosion behavior of cast titanium with reduced surface reaction layer made by a face-coating method // Biomaterials. 2003. Vol. 24. Iss. 25. P. 4541–4549.
6. Smeacetto F., Salvo M., Ferraris M. Protective coatings for induction casting of titanium // Surface & Coatings Technology. 2007. Vol. 201. Iss. 24. P. 9541–9548.
7. Белов В. Д., Фадеев А. В., Иващенко А. И., Бельтюкова С. О. Технология вакуумной плавки и литья: вакуумная плавка и производство фасонных отливок из титана и титановых сплавов. — М. : МИСиС, 2013.
8. Мухамадеев И. Р., Деменок О. Б., Ганеев А. А., Павлинич С. П., Аликин П. В. Выбор связующих на водной основе для оболочковых форм литья по выплавляемым моделям титановых сплавов // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». 2015. Т. 15, № 3. С. 95–104.
9. Si-Young Sung, Bong-Jae Choi, Young-Jig Kim. Alpha-Case Controlled Titanium Alloys Casting // Ti-2007 Science and Technology. 2007. Vol. 2. Pres. 74
10. Xu Cheng, Lianjing Chai, Guoqing Wu, Hong Wang, Hai Nan. Evaluation of interfacial interactions between Ti – 6Al – 4V and mold use Ti-added backup coat in investment casting // The Minerals, Metals & Materials Society and ASM International. 2016. Vol. 47, No. 5. P. 2313–2318.
11. Chonghe Li, Mingyang Li, Hao Zhang, Wajid Ali, Ziwei Qin, Hongbin Wang, Xionggang Lu. Fabrication of Y₂O₃ doped BaZrO₃ coating on Al₂O₃ applied to solidification of titanium alloy // Surface & Coatings Technology. Elsevier Science Publishing Company, Inc. 2017. Vol. 320. P. 146–152.
12. Chonghe Li, Jin He, Chao Wei, Hongbin Wang, Xionggang Lu. Solidification and interface reaction of titanium alloys in the BaZrO₃ shell-mould // Materials Science Forum. Trans. Tech. Publications Ltd. 2015. Vol. 828–829. P. 106–111.
13. Варфоломеев М. С., Моисеев В. С., Щербакова Г. И. Высокотермостойкие керамические формы для литья фасонных отливок из титановых сплавов // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. 2016. № 6. С. 49–54.
14. Pei-Ling Lai, Wen-Cheng Chen, Jen-Chyan Wang, Ta-Ko Huang, Chun-Cheng Hung. A newly developed calcia/titanium modified magnesia-based investment mold for titanium casting // Materials Science and Engineering C. 2011. Vol. 31. Iss. 2. P. 144–150.
15. Ганеев А. А., Деменок А. О., Бакерин С. В., Кулаков Б. А., Мухамадеев И. Р., Гарипов А. Р. Расчет физико-химического взаимодействия титановых сплавов с материалами литейной формы // Вестник ЮУрГУ. Серия: Металлургия. 2016. Т. 16, № 3. С. 70–78.
16. Saha R. L., Jacob K. T. Casting of Titanium and its Alloys // Def Sci 3. 1986. Vol. 36. No. 2. P. 121–141.
17. Limin Jia, Daming Xu, Min Li, Jingjie Guo, Hengzhi Fu. Casting Defects of Ti – 6Al – 4V Alloy in Vertical Centrifugal Casting Processes with Graphite Molds // Met. Mater. Int. 2012. Vol. 18, No. 1. P. 55–61.
18. Wu Shi Ping, Liu Dong Rong, Guo Jing Jie, Li Chang Yun, Su Yan Qing, Fu Heng Zhi. Numerical simulation of microstructure evolution of Ti – 6Al – 4V alloy in vertical centrifugal casting // Materials Science and Engineering A. 2006. Vol. 426. Iss. 1-2. P. 240–249.
19. Myoung-Gyun Kim, Shae. K. Kim, Young-Jig Kim. Effect of Mold Material and Binder on Metal-Mold Interfacial Reaction for Investment Castings of Titanium Alloys // Materials Transactions. 2002. Vol. 43, No. 4. P. 745–750.
20. Barbosa J., Caetano Monteiro A., Silva Ribeiro C. Controlled Residual Surface Contamination of -TiAl, Induction Melted in Ceramic Crucibles // European Congress on Advanced Materials, Processes and Applications – Materials Week 2001. 2001. P. 100–108.
21. Илларионов А. Г., Попов А. А. Технологические и эксплуатационные свойства титановых сплавов : учебное пособие ; науч. ред. С. Л. Демаков. — Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2014. — 137 с.
22. Белов В. Д., Качалов А. Ю., Павлинич С. П., Аликин П. В. Исследование влияния параметров литья на шероховатость поверхности крупногабаритных тонкостенных отливок из титанового сплава ВТ20Л при литье по безмодельной технологии // Литейщик России. 2016. № 7. С. 10–16.
23. Karwiński A., Leśniewski W., Pysz S., Wieliczko P. The technology of precision casting of titanium alloys by centrifugal process // Archives of foundry engineering. 2011. Vol. 11, No. 3. P. 73–80.
24. ТУ 48-4802-86–97. Изделия фасонные из графита различных марок. — Введ. 13.07.1997.
25. ТУ 1915–086–00200851–2007. Изделия фасонные из графита различных марок. — Фирма-разработчик ФГУН «НИИграфит», Москва.
26. ТУ 1-92-184–91. Сплавы титановые литейные. Марки. — Введ. 01.01.1992.
27. ГОСТ 9454–78. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенной температурах. — Введ. 01.01.1979.
28. ГОСТ 1497–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. — Введ. 01.01.1986.
29. Копелиович Б. А. ВГО — новая технология комплексного повышения качества и свойств деталей // Технология легких сплавов. 1990. № 2. С. 5–9.
30. Каменская Н. И., Ночовная Н. А., Зверева М. И. Исследование структуры и свойств литейного сплава ВТ20Л в зависимости от содержания примесей / Эл. сборник трудов Всероссийской научно-технической конференции студентов «Студенческая научная весна 2016 : Машиностроительные технологии». — М. : 5–8 апреля 2016 г.