I. Pengecoran Investasi: Seni Pembentukan Presisi. Pengecoran investasi (investment casting) mencapai pembentukan presisi melalui struktur komposit bahan cetakan yang dapat melebur dan cangkang tahan api: 1. Persiapan Cetakan: Cetakan berbahan dasar lilin atau resin dibuat menyerupai bagian pada skala 1:1 Konstruksi Cangkang: Bubur tahan api (seperti sol silika + bubuk korundum) diaplikasikan berulang kali pada permukaan cetakan untuk membentuk 10{12}}15 lapisan cangkang dengan ketebalan 5-8mm. 3. Pembongkaran dan Penembakan: Bahan cetakan dihilangkan dengan uap atau minyak panas, dan cangkang diperkuat dengan pembakaran suhu tinggi pada 900-1050 derajat . 4. Pengecoran: Di bawah perlindungan vakum atau gas inert, paduan titanium cair pada 1650-1750 derajat disuntikkan ke dalam cangkang. Proses ini dapat mencapai penyelesaian permukaan Ra1,6μm, akurasi dimensi tingkat CT4-CT5, dan tingkat pemanfaatan material meningkat lebih dari 40% dibandingkan dengan penempaan tradisional. Ini sangat cocok untuk produksi bagian struktural yang kompleks seperti bilah turbin dan sambungan buatan.
II. Tantangan "Zona Terlarang Bahan" dalam Pengecoran Paduan Titanium: Aktivitas kimia paduan titanium dalam keadaan cair menyebabkan tiga tantangan teknis utama: 1. Reaksi Antarmuka: Difusi antarmuka terjadi dengan bahan cangkang biasa (seperti SiO₂ dan Al₂O₃), membentuk -lapisan rapuh casing. 2. Kerusakan akibat Kejutan Termal: Perbedaan suhu sesaat sebesar 200-300 derajat selama peleburan titanium pengecoran menyebabkan retaknya cangkang. 3. Kontaminasi Gas: Adsorpsi uap air dan gas dari cangkang menyebabkan cacat porositas pada pengecoran. Studi Kasus: Dalam pengecoran bilah mesin aero-tertentu, cangkang Al₂O₃ tradisional menghasilkan lapisan selubung setebal 0,2 mm pada permukaan pengecoran, sehingga memerlukan lima proses pemesinan tambahan untuk menghilangkannya, sehingga menghasilkan tingkat kehilangan material hingga 35%.
AKU AKU AKU. Terobosan Inovatif pada Bahan Kerang Berdasarkan karakteristik paduan titanium, para peneliti telah mengembangkan tiga jenis sistem bahan cangkang khusus: 1. Bahan Representatif Sistem Bahan Tahan Api Karbon: Grafit Buatan (Kokas minyak bumi + pitch dikalsinasi pada 2800 derajat ) Keuntungan: • Tahan api dalam kondisi vakum > 2200 derajat • Koefisien muai panas hanya 2,5×10⁻⁶/ derajat • Kekuatan meningkat seiring suhu (mencapai 80MPa pada 1000 derajat ) Batasan: • Laju penambahan berat oksidasi mencapai 0,8mg/cm²·h (1000 derajat ) • Konduktivitas termal setinggi 80W/(m·K), dengan mudah menyebabkan retakan mikro pada permukaan pengecoran Solusi Peningkatan: Penggunaan lapisan Y₂O₃ pada permukaan grafit mengurangi laju oksidasi sebesar 70%, sehingga meningkatkan tingkat kualifikasi pengecoran menjadi 92%. 2. Oksida Desain Gradien Bahan Sistem Keramik:
Parameter Utama:
• Porositas permukaan < 8%
• Kekuatan lentur-suhu tinggi > 15 MPa (1600 derajat )
• Ketahanan guncangan termal (pendinginan air 1100 derajat) > 20 siklus
Efek Aplikasi: Dalam pengecoran selubung perantara untuk jenis mesin aero-tertentu, penggunaan sistem ini meningkatkan akurasi dimensi pengecoran dari ±0,3 mm menjadi ±0,1 mm, dan mengurangi kelonggaran pemesinan sebesar 60%. 3. Solusi Inovatif untuk Sistem Logam Tahan Api: • Lapisan Atas: Menggunakan bubuk tungsten (ukuran partikel D50=5μm) + sistem sol yttrium, sehingga mencapai stabilitas kimia tingkat 9 (0-10). • Penguatan Lapisan Belakang: Struktur penguat jaring molibdenum meningkatkan ketahanan benturan cangkang sebanyak 3 kali lipat. Terobosan Teknis: • Setelah menghubungi paduan titanium TC4 pada 1700 derajat selama 240 detik, ketebalan lapisan reaksi antarmuka menjadi<15μm. • The casting surface roughness Ra is <0.8μm, achieving a mirror finish. Typical Application: Casting of artificial acetabular cups in the biomedical field, achieving "near-net-shape forming" without the need for subsequent polishing.
Pengecoran investasi paduan titanium, juga dikenal sebagai metode-pengecoran lilin yang hilang, melibatkan pembuatan cetakan lilin, menutupinya dengan bahan tahan api, pemanasan untuk menghilangkan lilin, menuangkan titanium cair, lalu pendinginan untuk mendapatkan komponen paduan titanium-presisi tinggi. Teknologi ini sangat cocok untuk membuat komponen berbentuk-kompleks dengan persyaratan presisi tinggi, seperti bilah turbin untuk mesin-aero dan sambungan buatan, sehingga secara signifikan mengurangi limbah material dan pengerjaan mesin selanjutnya.
Alur Proses Inti:
Persiapan Cetakan: Buat cetakan investasi 1:1 dari bagian tersebut menggunakan lilin atau resin.
Konstruksi Cangkang: Oleskan bubur tahan api berulang kali (seperti sol silika dengan bubuk korundum) ke cetakan investasi untuk membentuk cangkang 10-15 lapis, tebal 5-8 mm.
Pembongkaran dan Penembakan: Keluarkan cetakan lilin menggunakan uap atau minyak panas, lalu bakar cangkangnya pada suhu tinggi 900-1050 derajat.
Menuangkan: Tuangkan paduan titanium cair pada suhu 1650-1750 derajat di bawah perlindungan vakum atau gas inert.
Keuntungan Teknis:
Presisi Tinggi: Akurasi dimensi mencapai level CT4-CT5, permukaan akhir Ra1.6μm.
Pemanfaatan Material Tinggi: Lebih dari 40% lebih tinggi dari penempaan tradisional.
Cocok untuk Bagian Kompleks: Mampu mencetak bagian-berdinding tipis, rumit-terstruktur.
Aplikasi Industri
Dirgantara: Komponen mesin pesawat terbang, bagian struktural dirgantara.
Biomedis: Sendi buatan, prostesis gigi.
Bidang Lainnya: Baling-baling kapal, bagian struktur rudal, dll.
Tantangan dan Terobosan Teknologi
Tantangan: Reaktivitas tinggi dari titanium cair membuatnya rentan bereaksi dengan cangkang cetakan untuk membentuk lapisan yang rapuh, dan juga dapat retak atau mengembangkan porositas karena guncangan termal.
Terobosan: Bahan baru seperti cangkang cetakan yang diperkuat jaring molibdenum dan cangkang cetakan keramik oksida (seperti zirkonium oksida) telah dikembangkan, sehingga meningkatkan kualitas dan kinerja coran.
Tren Masa Depan
Teknologi berkembang menuju solusi berbiaya lebih rendah, berkualitas lebih tinggi, dan lebih ramah lingkungan. Material baru dan optimalisasi proses (seperti simulasi kembar digital) adalah bidang utama, dan penerapannya di masa depan akan lebih luas lagi.
