Desarrollo de tecnología de fundición de precisión de aleaciones de titanio

El control de calidad de las piezas de fundición a la cera perdida de aleaciones de titanio se centra principalmente en controlar la forma, el tamaño y los defectos. El titanio es altamente activo químicamente a altas temperaturas y reacciona fácilmente con el crisol y la carcasa del molde, lo que produce una importante desgasificación o subfusión, lo que conduce a la chatarra del producto. El control de la forma y el tamaño de la fundición implica la deformación del patrón de cera, la deformación y el agrietamiento de la carcasa del molde, la deformación por solidificación de la fundición, el tratamiento térmico/la deformación por prensado isostático en caliente y la deformación por soldadura. El control de los defectos de fundición implica las propiedades de los materiales, el diseño del sistema de compuertas, los materiales y procesos de la carcasa del molde, las técnicas de vertido y el posprocesamiento. El principal desafío en el desarrollo de aleaciones de titanio de alto rendimiento radica en equilibrar el alto rendimiento de la fundición con un alto rendimiento operativo. A medida que aumentan las temperaturas de funcionamiento de los compresores de motores de aviones, la aleación de titanio ZTC4 ya no cumple con las cada vez más exigentes propiedades mecánicas de alta temperatura requeridas para los componentes aeroespaciales. Por lo tanto, es necesario desarrollar aleaciones de titanio capaces de fundirse a alta temperatura, entre 550 y 650 °C, abordar los desafíos del proceso de agrietamiento por soldadura y mejorar tanto la resistencia térmica como la estabilidad térmica. Las propiedades mecánicas y de fundición de las aleaciones de titanio están influenciadas en gran medida por su composición de aleación. La optimización de la composición puede lograr aleaciones a base de titanio con altas propiedades mecánicas y de fundición, satisfaciendo así la demanda de piezas fundidas de precisión.

Actualmente, los componentes estructurales aeroespaciales están evolucionando gradualmente hacia componentes más grandes, más integrados y de paredes más delgadas. Mi país ha logrado avances en piezas fundidas de precisión de aleaciones de titanio para carcasas intermedias de motores de aviones, carcasas redondas a cuadradas y marcos de tanques de combustible, y ahora es capaz de producir piezas fundidas de precisión de aleaciones de titanio complejas, de paredes delgadas y a gran escala que superan los 1500 mm de diámetro. Con mejoras en la calidad metalúrgica y el control dimensional, las perspectivas futuras de aplicación de las piezas fundidas de precisión de aleaciones de titanio son prometedoras. Sin embargo, la tecnología de fundición de precisión de aleaciones de titanio de mi país comenzó relativamente tarde y, en comparación con las tecnologías avanzadas acumuladas durante décadas por las industrias aeroespaciales de países occidentales como Estados Unidos y el Reino Unido, existe una brecha significativa en la capacidad de producción, el control de costos y los ciclos de entrega. Esto ha resultado en una participación relativamente pequeña de piezas de fundición de precisión de aleaciones de titanio chinas en la cadena de suministro aeroespacial internacional, y el mercado de piezas de fundición de precisión de aleaciones de titanio ha estado monopolizado durante mucho tiempo por empresas estadounidenses como PCC. El sector aeroespacial es el mercado principal de la fundición de precisión, representa aproximadamente el 39 % de la cuota de mercado y genera el 50 % de la demanda incremental. Se espera que la competencia en el mercado futuro se intensifique.

     La industria aeroespacial de mi país está experimentando actualmente un rápido desarrollo, y la localización se acelera en medio del complejo panorama internacional. Se proyecta que la demanda total de fundición de precisión en la industria aeroespacial nacional superará los 100 mil millones de yuanes en el futuro, y se espera que el mercado de fundición de precisión de aleaciones de titanio supere los 10 mil millones de yuanes. Sin embargo, el valor de producción actual de las piezas fundidas de precisión de aleaciones de titanio producidas por empresas nacionales no supera los 2.500 millones de yuanes, lo que sugiere un potencial significativo para el crecimiento futuro en este sector. Este artículo revisa el estado actual de las aplicaciones de fundición de precisión de aleaciones de titanio en el sector aeroespacial, presenta el desarrollo de procesos, materiales y aplicaciones de productos de fundición de precisión de aleaciones de titanio tanto a nivel nacional como internacional, resume los desafíos actuales y propone perspectivas futuras. Este artículo puede proporcionar orientación para mejorar la calidad y la competitividad en el mercado de las piezas fundidas de precisión de aleaciones de titanio nacionales.

1. Desarrollo del proceso de fundición de precisión de aleación de titanio

    En los últimos años, con la creciente demanda de calidad de fundición y el avance de los equipos de fundición de precisión, la fundición de precisión de aleaciones de titanio ha evolucionado hacia la uniformidad estructural, la formación precisa y el control inteligente del proceso. Como se muestra en la Figura 1,

      El proceso de producción de piezas de fundición a la cera perdida de aleaciones de titanio implica principalmente la producción de patrones de cera (producción de carcasas de molde), fusión y vertido, y posprocesamiento. Primero, se crea un molde de cera utilizando un molde (o equipo de fabricación aditiva) a partir de un modelo de fundición diseñado utilizando un software de diseño asistido por computadora. Luego, este molde se recubre con múltiples capas de material refractario para formar una carcasa. Luego se calienta la cáscara para que se derrita y libere la cera. A continuación, la carcasa se sinteriza y se ceramica a altas temperaturas y se vierte una aleación de titanio fundido en la carcasa. Después de que el metal fundido se solidifica y se enfría, se rompe la carcasa y se retiran el sistema de fundición y compuerta. Finalmente, el sistema de fundición y compuerta se somete a un posprocesamiento, que incluye corte, arenado, pulido, inspección, decapado y reparación, para obtener la fundición final. El desarrollo de la tecnología de fundición a la cera perdida para componentes grandes, complejos y heterogéneos requiere un flujo de proceso más complejo, lo que impone mayores exigencias en el sistema de entrada inicial y el diseño del proceso de fundición, el equipo de fabricación de moldes, el procesamiento de carcasas y el equipo de fusión. Como se muestra en la Tabla 1, en comparación con otras tecnologías de conformado de precisión, la tecnología de fundición de precisión de aleación de titanio ofrece un proceso más corto, menores costos, mayor precisión y un diseño integrado.

    Habiendo trabajado en la industria de fundición a la cera perdida durante más de 20 años, tengo una pasión particular por este proceso y he establecido muchas conexiones con expertos en fundición de todo el mundo. Espero conectarme con más colegas en la industria de la fundición de precisión para promover mejor el desarrollo de la industria global de fundición a la cera perdida.