Ti 6242: Una aleación de titanio de alto rendimiento impresa en 3D

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Los polvos de aleación de titanio se han utilizado para la fabricación de piezas de excelente rendimiento y, los grados más comunes son Ti6Al4V, pero en algunas condiciones, hay algunas opciones mejores como TI-5553 y TI-38644, así como la aleación de titanio Ti-6242 (Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0,08Si), que es adecuada para aplicaciones de alto rendimiento y alta temperatura. Su densidad es de 4,5 g/cm³, lo que le confiere una buena relación resistencia/peso, el Ti-6242 combina una buena resistencia mecánica y resistencia a altas temperaturas, lo que lo convierte en un material difícil de producir con técnicas convencionales y que puede utilizarse en las industrias aeroespacial, militar, nuclear y de deportes de motor. En este artículo se analiza este material.

Ti 6242 Composición química (AMS/SAE 4919)

Al 5.5-6.5
Zr 3.6-4.4
Mo 1.8-2.2
Sn 1.8-2.2
Si 0.06-0.1
O ≤0.12
C ≤0.05
H(3.1.3) ≤0.05
Elementos residuales, total(3.1.1) ≤0.3
Titanio Resto

 

La composición química del Ti-6242 se muestra en la tabla anterior. Puede utilizarse en la industria aeroespacial comercial y militar, así como en la industria de la energía nuclear, donde los componentes que requieren una excelente estabilidad a altas temperaturas y son ligeros (como motores, componentes de turbinas, estructuras de postcombustión, álabes de compresores de alta presión y extremos calientes del fuselaje) son esenciales para el rendimiento general. Algunas áreas de los extremos fríos sólo necesitarán aleaciones de titanio con propiedades a baja temperatura, mientras que las áreas de los extremos calientes se beneficiarán de la estabilidad a alta temperatura que proporciona la TI-6242. Estas aplicaciones requieren materiales diferentes, por lo que es crucial elegir el material adecuado en función de los requisitos de temperatura de funcionamiento. Mientras tanto, la TI-6242 es la primera aleación de titanio especificada por la AMS (American Aerospace Materials) específicamente para aplicaciones de fabricación aditiva. En comparación con otras aleaciones de titanio con la misma distribución de tamaño de partícula, TI-6242 tiene mayor resistencia a la oxidación y seguridad y es más fácil de procesar.

La TI-6242 tiene una excelente estabilidad a altas temperaturas, con una resistencia a la fluencia de hasta 500-550°C, cumpliendo los requisitos de resistencia para aplicaciones de alta temperatura y resistencia a la fluencia. Mientras que otras aleaciones de titanio comunes, como el Ti6Al4V, suelen funcionar a 350°C, la TI-6242 es capaz de funcionar a temperaturas mucho más elevadas (desde temperaturas bajas hasta 500°C), incluso con diferentes variaciones de temperatura en algunos casos extremos. El reto en el sector aeroespacial ha sido siempre intentar conseguir el mayor rendimiento mecánico con el menor peso posible a la temperatura más elevada. Las superaleaciones con base de níquel se utilizan habitualmente en la región más caliente, mientras que su densidad es el doble que la TI-6242, puede utilizarse para reducir el peso de los motores en la industria aeroespacial sin dejar de cumplir los requisitos de temperatura. Estas características también son adecuadas para la industria de las carreras, donde el peso ligero proporcionado por el Ti-6242 ayuda a mejorar el rendimiento del motor y la eficiencia del combustible. Por lo tanto, el TI-6242 puede ser un sustituto eficaz del acero y de las superaleaciones a base de níquel.

El polvo de impresión 3D TI-6242 cumple el diseño de temperatura media-alta adecuado para motores rotativos de alta velocidad, pero sigue siendo un reto porque es propenso a agrietarse debido a las tensiones residuales. Los polvos altamente esféricos mejorarán la maquinabilidad y ayudarán a mantener estable el proceso de impresión y evitar el agrietamiento. Las propiedades de fatiga de los materiales son muy sensibles a los defectos, cómo reducir los defectos en la fabricación aditiva es una buena forma de optimizar las materias primas. Además, las propiedades mecánicas de polvo esférico TI-6242 puede regularse mediante el proceso de tratamiento térmico cíclico.

Polvo de Ti-6242 con diferentes tamaños de partícula producido por AP&C

AP&C, una empresa de fabricación de polvo de GE Additive, especializada en materiales reactivos, especialmente polvo de titanio, es pionera en la fabricación de Ti-6242. El proveedor italiano de servicios de impresión 3D, BEAMIT, también lo ha investigado y demuestra que el límite elástico del Ti-6242 producido por L-PBF es de unos 1000MPa a temperatura ambiente y se mantiene por encima de los 600MPa a 550°C. Estas propiedades son comparables a las del Ti-6242 forjado y el IMI834, una de las aleaciones de titanio de mayor rendimiento a altas temperaturas. En el estudio del Instituto de Tecnología de Fabricación de Singapur, se propuso y verificó un proceso de tratamiento térmico cíclico para la preparación de la fase α esférica en la fabricación aditiva asistida por láser de la aleación de titanio TI-6242 cercana a α. La difusión de elementos entre α y β es la fuerza impulsora para la formación de la fase α esférica en la fabricación aditiva asistida por láser de la aleación ti-6242. Mediante la formación de la fase α esférica, se controlaron la resistencia y el alargamiento de la aleación Ti-6242 de fabricación aditiva asistida por láser, que alcanzaron los requisitos de AMS 4919J (límite elástico ≥827 MPa, alargamiento ≥10%). La TI-6242 corresponde a la GB TA19 china, que pueden suministrar varios fabricantes de polvo de aleación de titanio de China.