Ti 6242: Vysoce výkonná 3D tištěná slitina titanu

Prášky ze slitin titanu se používají pro výrobu dílů s vynikajícími vlastnostmi a nejběžnějšími třídami jsou Ti6Al4V, ale za určitých podmínek existují i lepší možnosti, jako jsou TI-5553 a TI-38644, jakož i slitina titanu Ti-6242 (Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0,08Si), která je vhodná pro vysoce výkonné a vysokoteplotní aplikace. Její hustota je 4,5 g/cm³, což jí dává dobrý poměr pevnosti a hmotnosti, Ti-6242 v sobě spojuje dobrou mechanickou pevnost a odolnost vůči vysokým teplotám, což z ní činí materiál, který se obtížně vyrábí běžnými technikami a může být použit v leteckém, vojenském, jaderném a motoristickém průmyslu. O něm bude pojednáno v tomto článku.

Ti 6242 Chemické složení (AMS/SAE 4919)

Chemické složení Ti-6242 je uvedeno ve výše uvedené tabulce. Lze jej použít v komerčním a vojenském leteckém průmyslu i v jaderné energetice, kde jsou pro celkový výkon nezbytné součásti vyžadující vynikající vysokoteplotní stabilitu a nízkou hmotnost (např. motory, součásti turbín, konstrukce přídavného spalování, lopatky vysokotlakých kompresorů a horké konce trupu). Některé oblasti studených konců budou potřebovat pouze titanové slitiny s nízkoteplotními vlastnostmi, zatímco oblasti horkých konců budou těžit z vysokoteplotní stability, kterou poskytuje TI-6242. Tyto aplikace vyžadují různé materiály, proto je zásadní zvolit správný materiál podle požadavků na provozní teplotu. Mezitím je TI-6242 první titanovou slitinou specifikovanou organizací AMS (American Aerospace Materials) speciálně pro aplikace aditivní výroby. Ve srovnání s jinými titanovými slitinami se stejnou distribucí velikosti částic má TI-6242 vyšší odolnost proti oxidaci a bezpečnost a snadněji se zpracovává.

TI-6242 má vynikající vysokoteplotní stabilitu s odolností proti tečení až do 500-550 °C, čímž splňuje požadavky na pevnost pro aplikace s vysokou teplotní odolností a odolností proti tečení. Zatímco jiné běžné titanové slitiny, jako např. Ti6Al4V, obvykle pracují při teplotě 350 °C, TI-6242 je schopen pracovat při mnohem vyšších teplotách (od nízkých teplot až po 500 °C), v některých extrémních případech dokonce s různými teplotními odchylkami. Výzvou v leteckém průmyslu byla vždy snaha dosáhnout co nejvyššího mechanického výkonu při co nejnižší hmotnosti a nejvyšší teplotě. V oblasti vyšších teplot se běžně používají superslitiny na bázi niklu, přičemž jejich hustota je dvakrát vyšší než TI-6242, lze je použít ke snížení hmotnosti motorů v leteckém průmyslu a zároveň splnit teplotní požadavky. Tyto vlastnosti jsou vhodné také pro závodní průmysl, kde nízká hmotnost, kterou poskytuje Ti-6242, pomáhá zlepšit výkon motoru a účinnost paliva. TI-6242 proto může být účinnou náhradou oceli a superslitin na bázi niklu.

3D tiskový prášek TI-6242 splňuje požadavky na středně vysokou teplotu, která je vhodná pro vysokorychlostní rotační motory, ale přesto je náročný, protože je náchylný k praskání v důsledku zbytkových napětí. Vysoce sférické prášky zlepší obrobitelnost a pomohou udržet stabilitu tiskového procesu a zabránit vzniku trhlin. Únavové vlastnosti materiálů jsou velmi citlivé na vady, jak snížit vady při aditivní výrobě je dobrou cestou pro optimalizaci surovin. Kromě toho se mechanické vlastnosti sférický prášek TI-6242 lze regulovat cyklickým tepelným zpracováním.

Prášek Ti-6242 s různou velikostí částic vyrobený společností AP&C

AP&C, společnost GE Additive zabývající se výrobou prášků, se specializuje na reaktivní materiály, zejména na titanový prášek, který je průkopníkem ve výrobě Ti-6242. Italský poskytovatel služeb 3D tisku, společnost BEAMIT, ji také zkoumal a ukazuje, že pevnost TI-6242 vyrobeného pomocí L-PBF je přibližně 1000 MPa při pokojové teplotě a zůstává nad 600 MPa při 550 °C. Tyto vlastnosti jsou srovnatelné s vlastnostmi kování ti-6242 a IMI834, jedné z nejvýkonnějších titanových slitin při vysokých teplotách. Ve studii singapurského institutu výrobních technologií byl navržen a ověřen proces cyklického tepelného zpracování pro přípravu sférické α fáze při laserem asistované aditivní výrobě titanové slitiny TI-6242 blízké α. V rámci tohoto procesu bylo možné získat sférickou α fázi z titanové slitiny TI-6242. Difúze prvků mezi α a β je hnací silou pro vznik sférické α fáze v laserem asistované aditivní výrobě slitiny ti-6242. Prostřednictvím tvorby sférické fáze α byla kontrolována pevnost a prodloužení slitiny Ti-6242 vyráběné aditivním laserem, která dosáhla požadavků AMS 4919J (mez kluzu ≥827 MPa, prodloužení ≥10%). Slitina TI-6242 odpovídá čínské normě GB TA19, kterou může dodávat několik výrobců práškové titanové slitiny v Číně.