Ti 6242: Paduan Titanium Cetak 3D Berkinerja Tinggi

Serbuk paduan titanium telah digunakan untuk pembuatan komponen berkinerja sangat baik dan, nilai yang paling umum adalah Ti6Al4V, tetapi dalam beberapa kondisi, ada beberapa opsi yang lebih baik seperti TI-5553 dan TI-38644 serta paduan titanium Ti-6242 (Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0,08Si), yang cocok untuk aplikasi berkinerja tinggi dan bersuhu tinggi. Kepadatannya adalah 4,5 g/cm³, yang memberikan rasio kekuatan/berat yang baik, Ti-6242 menggabungkan kekuatan mekanik yang baik dan ketahanan terhadap suhu tinggi, menjadikannya bahan yang sulit diproduksi dengan teknik konvensional dan dapat digunakan di industri kedirgantaraan, militer, nuklir, dan olahraga bermotor. Hal ini akan dibahas dalam makalah ini.

Komposisi Kimia Ti 6242 (AMS / SAE 4919)

Komposisi kimia Ti-6242 ditunjukkan pada tabel di atas. Ini dapat digunakan dalam industri kedirgantaraan komersial dan militer serta tenaga nuklir di mana komponen yang membutuhkan stabilitas suhu tinggi yang sangat baik dan ringan (seperti mesin, komponen turbin, struktur afterburner, bilah kompresor bertekanan tinggi, dan ujung panas badan pesawat) sangat penting untuk kinerja keseluruhan. Beberapa area ujung dingin hanya membutuhkan paduan titanium dengan sifat suhu rendah, sementara area ujung panas akan mendapat manfaat dari stabilitas suhu tinggi yang disediakan oleh TI-6242. Aplikasi ini membutuhkan bahan yang berbeda, jadi sangat penting untuk memilih bahan yang tepat sesuai dengan persyaratan suhu pengoperasian. Sementara itu, TI-6242 adalah paduan titanium pertama yang ditentukan oleh AMS (American Aerospace Materials) secara khusus untuk aplikasi manufaktur aditif. Dibandingkan dengan paduan titanium lainnya dengan distribusi ukuran partikel yang sama, TI-6242 memiliki ketahanan dan keamanan oksidasi yang lebih tinggi dan lebih mudah diproses.

TI-6242 memiliki stabilitas suhu tinggi yang sangat baik, dengan ketahanan mulur hingga 500-550 ° C, memenuhi persyaratan kekuatan untuk aplikasi suhu tinggi dan ketahanan mulur. Sementara paduan titanium umum lainnya, seperti Ti6Al4Vbiasanya beroperasi pada suhu 350°C, TI-6242 mampu beroperasi pada suhu yang jauh lebih tinggi (mulai dari suhu rendah hingga 500°C), bahkan dengan variasi suhu yang berbeda dalam beberapa kasus ekstrem. Tantangan di bidang kedirgantaraan adalah selalu berusaha mencapai performa mekanik tertinggi dengan bobot serendah mungkin pada suhu tertinggi. Superalloy berbasis nikel biasanya digunakan di wilayah yang lebih panas, sementara kepadatannya dua kali lipat dari TI-6242, dapat digunakan untuk mengurangi bobot mesin di industri kedirgantaraan sambil tetap memenuhi persyaratan suhu. Fitur-fitur ini juga cocok untuk industri balap, di mana bobot ringan yang diberikan oleh Ti-6242 membantu meningkatkan performa mesin dan efisiensi bahan bakar. Oleh karena itu, TI-6242 dapat menjadi pengganti yang efektif untuk superalloy berbasis baja dan nikel.

Bubuk cetak 3D TI-6242 memenuhi desain suhu sedang-tinggi yang cocok untuk mesin berputar berkecepatan tinggi, tetapi masih menantang karena rentan terhadap keretakan akibat tegangan sisa. Serbuk yang sangat bulat akan meningkatkan kemampuan mesin dan membantu menjaga proses pencetakan tetap stabil dan mencegah keretakan. Sifat fatik bahan sangat sensitif terhadap cacat, cara mengurangi cacat dalam pembuatan aditif adalah cara yang baik untuk mengoptimalkan bahan baku. Selain itu, sifat mekanik dari bubuk bulat TI-6242 dapat diatur oleh proses perlakuan panas siklik.

Serbuk Ti-6242 dengan berbagai ukuran partikel yang diproduksi oleh AP&C

AP&C, sebuah perusahaan manufaktur bubuk dari GE Additive, yang berspesialisasi dalam bahan reaktif, terutama bubuk titanium adalah pelopor dalam pembuatan Ti-6242. Penyedia layanan pencetakan 3D Italia, BEAMIT, juga menelitinya dan menunjukkan bahwa kekuatan luluh TI-6242 yang diproduksi oleh L-PBF sekitar 1000MPa pada suhu kamar dan tetap di atas 600MPa pada suhu 550 ° C. Sifat-sifat ini sebanding dengan penempaan ti-6242 dan IMI834, salah satu paduan titanium dengan kinerja tertinggi pada suhu tinggi. Dalam studi Institut Teknologi Manufaktur Singapura, proses perlakuan panas siklik untuk persiapan fase α bulat dalam pembuatan aditif berbantuan laser dari paduan titanium TI-6242 yang mendekati α diusulkan dan diverifikasi. Difusi elemen antara α dan β adalah kekuatan pendorong untuk pembentukan fase α bulat dalam pembuatan aditif berbantuan laser pada paduan TI-6242. Melalui pembentukan fase α bulat, kekuatan dan perpanjangan paduan Ti-6242 manufaktur aditif berbantuan laser dikontrol, yang mencapai persyaratan AMS 4919J (kekuatan luluh ≥827 MPa, perpanjangan ≥10%). TI-6242 sesuai dengan GB TA19 Cina, yang dapat dipasok oleh beberapa produsen bubuk paduan titanium di Cina.