Расчет физико-химического взаимодействия титановых сплавов с материалами литейной формы

Аннотация

Термохимическая инертность форм – одно из основных условий получения качественных отливок из титановых сплавов. Применяемые в литейном производстве огнеупорные формовочные и связующие материалы активно взаимодействуют с титаном. Поэтому термохимическая стойкость форм может быть повышена выбором наиболее инертных по отношению к титану исходных формовочных и связующих материалов и разработкой оптимального технологического процесса.

Для оценки возможности взаимодействия титана при заливке в формы с формовочными материалами Al₂O₃, ZrO₂, Y₂O₃ и связующими на основе SiO₂ рассмотрены основные вероятные реакции и рассчитаны изменения изобарно-изотермического потенциала (энергия Гиббса).

Рассматривалось протекание реакций при температуре 1700 °С (температура плавления 1668 °С), при условии, что титан находится в жидком состоянии. Исходя из расчетных значений ΔZ (ΔG) рассмотренных реакций показано, что реакция восстановления титаном оксида иттрия, циркония и алюминия термодинамически невозможна.

В условиях России экономически неоправданно использование в качестве формовочных материалов окислов иттрия и циркония для получения оболочковых форм при литье титановых сплавов.

Появление же альфированного слоя на отливках титановых сплавов при использовании связующего на основе SiO₂ вызвано, как показали термодинамические расчеты, протеканием реакций с образованием алюмосиликатов, ухудшающих химическую стойкость формы и ее огнеупорность.

Для получения качественных отливок из титановых сплавов экономически целесообразно использование оболочковых форм на основе электрокорунда с обязательной заменой связующих на основе SiO₂ на алюмозоли.