Casting of Titanium Alloys in Centrifugal Induction Furnaces

Abstract

This paper discusses technical problems related with casting of titanium alloys in centrifugal vacuum furnaces. The potentials of an analysis of the centrifugal casting process carried out in the Flow3D software CFD (Computational Fluid Dynamics) were presented. Simulations were carried out on a model set, which enables casting of two connecting rods for an I.C. engine. Changes in the mould filling process were examined for the three selected spinning velocities of the casting arm. The ranges of the metal flow velocity in mould were calculated as well as metal pressure in mould after reaching a predetermined spinning velocity. The results and the adopted mould geometry enabled determination of the magnitude of stress occurring in mould at the time of filling it with liquid titanium alloy. The paper presents a methodology for testing of the ceramic material strength using a four-point loading arrangement. The strength of the ceramic material was determined on samples heated at different temperatures. The obtained results enabled a thesis to be formulated that for pouring of moulds in a centrifugal vacuum furnace, the layered foundry ceramic moulds can be safely used, and the use of moulds that will provide the directional solidification of metal should be possible as well.Keywords: Centrifugal casting, innovative casting materials, titanium alloys, liquid ceramic slurries, ceramic mould W artykule przedstawiono problemy techniczne związane z odlewaniem stopów tytanu w próżniowych piecach odśrod-kowych. Zaprezentowano możliwości analizy procesu zalewania wirującej formy przeprowadzonej w programie Flow3D CFD (Computational Fluid Dynamics). Obliczenia symulacyjne prowadzono dla zestawu modelowego umożliwiającego odlanie dwóch korbowodów silnika spalinowego. Analizowano zmiany sposobu wypełniania formy dla trzech wybranych prędkości wirowania ramienia odlewniczego. Obliczono zakresy prędkości przepływu metalu w formie oraz ciśnienia metalu występują-cego w formie po osiągnięciu założonej prędkości obrotowej. Uzyskane wyniki oraz przyjęta geometria formy pozwoliły na wyznaczenie wielkości naprężeń występujących w formie w momencie wypełnienia jej ciekłym stopem tytanu. Przedstawiono metodykę badania wytrzymałości materiału ceramicznego wykorzystującego czteropunktowy układ obciążający. Wyznaczono wytrzymałość materiału ceramicznego dla próbek wygrzewanych w różnych temperaturach. Otrzymane wyniki pozwalają na przedstawienie tezy, że w podczas zalewania form w próżniowym piecu odśrodkowym będzie można bezpiecznie wykorzystywać warstwowe ceramiczne formy odlewnicze, oraz będzie możliwe zastosowanie form zapewniających założone kierunkowe krzepnięcie metalu.

Making Artificial Heart Components – Selected Aspects Of Casting Technology

“…The printed patterns were used in the development and assembly of experimental casting sets of the geometry tested with the use of Flow-3D software. The use of centrifugal force in the process of filling the mould cavity with molten metal can significantly speed up this process, and consequently improve the accuracy of castings [8,9]. The value of centripetal acceleration of 20 g is obtained at the crucible outlet distant from the axis of rotation by 0.24 m and at the arm rotational speed equal to 270 rpm/min.…”

The Kinetics Of Ti-1Al-1Mn Alloy Thermal Oxidation And Charcteristic Of Oxide Layer

“…In the other hand the titanium and its alloy are used in cardiac surgery e.g. as mechanical heart valve or any artificial heart components [1][2][3][4][5][6]. Titanium and its alloy are most commonly used in dentistry, in the dental titanium implants manufacturing.…”