Investment casting of titanium alloys with calcium zirconate moulds and crucibles

Klotz, Ulrich; Legner, Claudia; Bulling, Florian; Freitag, Lisa; Faßauer, Christina; Schafföner, Stefan; Aneziris, Christos G.

doi:10.1007/s00170-019-03538-z

Cited by 11 publications

(9 citation statements)

References 22 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Especially in contact with the predominant titanium alloy Ti6Al4V CaZrO 3 showed a remarkable corrosion resistance when used as investment casting molds. The direct comparison with commercially available molds based on Y 2 O 3 revealed a much lower hardness increase, an excellent demolding and metallic shiny color [46,47]. However, as was demonstrated by Schafföner et al [44], c-ZrO 2 impurities cause a stronger corrosion during vacuum induction melting experiments resulting from the dissolution of zirconium and oxygen.…”

Section: Alkaline Earth Zirconatesmentioning

confidence: 72%

“…The phase purity and density of BaZrO 3 for refractory applications can be improved by doping, for example with Y 2 O 3 , CaO or TiO 2 [43]. CaZrO 3 was evaluated in recent years in contact with commercially pure titanium (cp-Ti), Ti6Al4V, titanium aluminide (TiAl) and TiFe [44][45][46][47][48]. Especially in contact with the predominant titanium alloy Ti6Al4V CaZrO 3 showed a remarkable corrosion resistance when used as investment casting molds.…”

Section: Alkaline Earth Zirconatesmentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

Reactions of alkaline earth zirconate refractories with titanium alloys

Schafföner¹

2020

MATEC Web Conf.

View full text Add to dashboard Cite

The severe reactivity of titanium alloys with ceramics is a major challenge for their processing. Up to now refractories to melt and cast titanium alloys are selected on the basis of a low Gibbs energy of formation. This kind of selection assumes that an oxide should be stable if its Gibbs energy of formation is lower than the one of any titanium (sub)oxide. The present contribution reviews that these models trying to explain the stability of ceramic materials in contact with titanium alloys are often misleading. By contrast, a dissolution and evaporation based reaction model is more appropriate to describe the reaction of high temperature ceramics with titanium alloys. These explanations were exemplified by research findings of high temperature reactions of titanium alloys with calcium oxide and yttrium oxide. Based on the discussion on calcium and yttrium oxide, the reactions of alkaline earth zirconates such as calcium and barium zirconate with titanium alloys were discussed. The reaction of alkaline earth zirconates is also highly dependent on the titanium alloy composition. It was also demonstrated that not only thermodynamics but also kinetics should be considered to evaluate refractories for titanium processing.

show abstract

Section: Alkaline Earth Zirconatesmentioning

confidence: 72%

Section: Alkaline Earth Zirconatesmentioning

confidence: 99%

Reactions of alkaline earth zirconate refractories with titanium alloys

Schafföner¹

2020

MATEC Web Conf.

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Дослідження останніх років показують, що перспективними матеріалами для лицьового покриття керамічних форм є CaZrO 3 та BaZrO 3 . Зокрема в [20] виявлено, що реакція форми на основі цирконату кальцію CaZrO 3 з титаном була дуже низькою. Дослідження [21] показали, що обсипка керамічних форм Al 2 O 3 реагувала з наповнювачем CaZrO 3 лицьового покриття, утворюючи (Zr, Ca)O 2 і CaAl x O y при температурі близько 1650 0 C. При використанні ZrO 2 в якості обсипки не спостерігалося взаємодії, за винятком деяких тріщин, що виникали в лицьовому покритті внаслідок зміни об'єму ZrO 2 під час його нагрівання.…”

Section: проблеми технології формиunclassified

Problems of Materials Choice for Ceramic Molds to Obtain Titanium Alloys Shape Castings

Kaliuzhnyi¹,

Mykhnian²,

Voron³

et al. 2021

Processy litʹâ

View full text Add to dashboard Cite

Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України (Київ, Україна) ПРОБЛЕМИ ВИБОРУ МАТЕРІАЛІВ КЕРАМІЧНИХ ФОРМ ДЛЯ ОДЕРЖАННЯ ФАСОННИХ ВИЛИВКІВ ІЗ ТИТАНОВИХ СПЛАВІВВиробництво точного дрібносерійного або одиничного титанового литва є економічно і технологічно доцільним за умови використання одноразових керамічних ливарних форм. Надзвичайно важливим є вибір матеріалу внутрішнього контактного шару форми та забезпечення заданих технологічних характеристик -шорсткості, міцності, тощо. В ході аналізу, представленого в статті показано, що серед керамічних вогнетривів найкращу інертність до дії титанових сплавів демонструють оксид ітрію, цирконати кальцію та барію. Але через низькі технологічні властивості такі покриття не набули широкого застосування. Показано, що сполучні речовини також значною мірою впливають на інертність керамічних форм. Зменшення взаємодії титану з керамічними формами, які містять кремнезем у якості сполучної речовини, може бути досягнуто за рахунок введення мінімальної кількості SiO 2 . З екологічної точки зору замість етилсилікатів краще застосувати водні розчини кремнезолів. Перспективними сполучними матеріалами є також алюмозолі та золі цирконію. Визначено, що підвищення інертності корундових форм може бути досягнуто шляхом їх модифікування добавками дрібнодисперсного порошку титану, який при спіканні утворює захисний шар на поверхні форм, що зменшує взаємодію рідкого металу з керамічною формою. Відзначається, що механізм утворення реакційного (альфованого) шару на поверхні титанових виливків до цього часу точно не визначений. Міжфазні реакції між титаном та керамічною формою не можна передбачити лише термодинамічним розрахунком, а потрібно враховувати коефіцієнти змочування матеріалів, хімічний склад сплаву, кінетику процесів розчинення та випаровування вогнетривких оксидів. Ключові слова: титанове литво, лиття в одноразові керамічні форми, взаємодія розплаву та форми.В иготовлення виробів та деталей з титану та його сплавів може проводитися різними технологіями. Одержувати титанові вироби складної геометрії найбільш раціонально методами точного лиття. Такий підхід відповідає принципам ресурсозбереження, адже точні литі заготовки за своєю конфігурацією наближаються до геометрії кінцевого виробу, а тому потребують мінімальної подальшої обробки.

show abstract

“…Titanium alloys are ideal materials for aerospace and military applications due to their advantages of low density, high-temperature resistance, high speci c strength, and corrosion resistance [1][2][3][4][5][6]. e successes of applying titanium alloys have largely been the result of pragmatic engineering as opposed to bottom-up scienti c discovery and application [7].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Simulation Study on the Investment Casting Process of a Low-Cost Titanium Alloy Gearbox based on ProCAST

Liao

et al. 2022

Advances in Materials Science and Engineering

View full text Add to dashboard Cite

A model of investment casting of a titanium alloy gearbox based on the ProCAST software was established in this work, and the simulated result was used to optimize the casting process. The flow and temperature field of casting were simulated based on an actual pouring process. Casting defects and the solidification process were analyzed. The results show that the defects can be predicted by the simulation result exactly, and the simulated temperature field is in accordance with the actual process. Shrinkage and porosity are observably alleviated by remodelling the casting mould. The casting temperature field and solidification simulation results show that the casting defects arise from hot spots and heat accumulation. The temperature-time curve of different representative location nodes of casting further confirms the defect simulation results. In addition, the use of low-cost alloy elements reduces raw material costs. Compared with TC4 alloy, the mechanical properties of the casting remain unchanged.

show abstract

Investment casting of titanium alloys with calcium zirconate moulds and crucibles

Cited by 11 publications

References 22 publications

Reactions of alkaline earth zirconate refractories with titanium alloys

Reactions of alkaline earth zirconate refractories with titanium alloys

Problems of Materials Choice for Ceramic Molds to Obtain Titanium Alloys Shape Castings

Simulation Study on the Investment Casting Process of a Low-Cost Titanium Alloy Gearbox based on ProCAST

Contact Info

Product

Resources

About