Ti 6242: 고성능 3D 프린팅 티타늄 합금

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티타늄 합금 분말은 우수한 성능의 부품 제작에 사용되어 왔으며, 가장 일반적인 등급은 Ti6Al4V이지만 일부 조건에서는 고성능 및 고온 응용 분야에 적합한 티타늄 합금 Ti-6242 (Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.08Si)뿐만 아니라 TI-5553 및 TI-38644와 같은 더 나은 옵션도 있습니다. 밀도가 4.5g/cm³로 강도/중량비가 우수한 Ti-6242는 기계적 강도와 고온 저항성이 우수하여 기존 기술로는 생산하기 어려운 소재로 항공우주, 군사, 원자력 및 모터스포츠 산업에서 사용할 수 있습니다. 이 백서에서는 이에 대해 설명합니다.

Ti 6242 화학 성분(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
잔여 요소, 합계(3.1.1) ≤0.3
티타늄 나머지

 

Ti-6242의 화학 성분은 위 표에 나와 있습니다. 이 소재는 상업용 및 군사용 항공우주 산업은 물론, 엔진, 터빈 부품, 애프터버너 구조, 고압 압축기 블레이드 및 동체 핫 엔드와 같이 우수한 고온 안정성이 필요하고 가벼워야 하는 부품이 전체 성능에 필수적인 원자력 산업에 사용할 수 있습니다. 일부 콜드 엔드 영역은 저온 특성을 가진 티타늄 합금만 필요하지만, 핫 엔드 영역은 TI-6242가 제공하는 고온 안정성의 이점을 누릴 수 있습니다. 이러한 애플리케이션에는 서로 다른 재료가 필요하므로 작동 온도 요구 사항에 따라 올바른 재료를 선택하는 것이 중요합니다. 한편, TI-6242는 적층 제조 응용 분야를 위해 미국항공우주재료협회(AMS)에서 지정한 최초의 티타늄 합금입니다. 동일한 입자 크기 분포를 가진 다른 티타늄 합금에 비해 TI-6242는 내산화성과 안전성이 높고 가공이 용이합니다.

TI-6242는 고온 안정성이 뛰어나며 최대 500-550°C의 크리프 저항성을 갖추고 있어 고온 및 크리프 저항 애플리케이션의 강도 요구 사항을 충족합니다. 다음과 같은 다른 일반적인 티타늄 합금은 Ti6Al4V일반적으로 350°C에서 작동하는 TI-6242는 극한의 온도 변화에도 불구하고 저온에서 500°C에 이르는 훨씬 더 높은 온도에서 작동할 수 있습니다. 항공 우주 분야의 과제는 항상 최고 온도에서 가능한 한 가장 낮은 무게로 최고의 기계적 성능을 달성하는 것이었습니다. 니켈 기반 초합금은 일반적으로 더운 지역에서 사용되며 밀도가 TI-6242의 두 배에 달하기 때문에 항공우주 산업에서 엔진의 무게를 줄이면서도 온도 요구 사항을 충족하는 데 사용할 수 있습니다. 이러한 특징은 Ti-6242가 제공하는 가벼운 무게가 엔진 성능과 연비 개선에 도움이 되는 레이싱 산업에도 적합합니다. 따라서 TI-6242는 강철 및 니켈 기반 초합금을 효과적으로 대체할 수 있습니다.

3D 프린팅 파우더 TI-6242는 고속 회전 엔진에 적합한 중고온 설계를 충족하지만 잔류 응력으로 인해 균열이 발생하기 쉽기 때문에 여전히 까다롭습니다. 고구형 분말은 가공성을 개선하고 프린팅 공정을 안정적으로 유지하며 균열을 방지하는 데 도움이 됩니다. 재료의 피로 특성은 결함에 매우 민감하므로 적층 제조에서 결함을 줄이는 방법은 원재료 최적화를 위한 좋은 방법입니다. 또한 기계적 특성은 구형 분말 TI-6242는 주기적인 열처리 공정으로 조절할 수 있습니다.

AP&C에서 생산한 다양한 입자 크기의 Ti-6242 분말

GE Additive의 분말 제조 회사인 AP&C는 반응성 소재, 특히 티타늄 분말을 전문으로 제조하는 회사로 Ti-6242 제조의 선구자입니다. 이탈리아의 3D 프린팅 서비스 제공업체인 BEAMIT도 연구한 결과, L-PBF로 생산된 TI-6242의 항복 강도는 상온에서 약 1000MPa이며 550°C에서 600MPa 이상을 유지하며, 이러한 특성은 고온에서 최고 성능의 티타늄 합금 중 하나인 ti-6242 및 IMI834를 단조하는 것과 유사한 것으로 나타났습니다. 싱가포르 제조 기술 연구소의 연구에서는 α에 가까운 티타늄 합금 TI-6242의 레이저 보조 적층 제조에서 구형 α상을 제조하기 위한 순환 열처리 공정이 제안되고 검증되었습니다. α와 β 사이의 원소 확산은 레이저 보조 적층 제조 ti-6242 합금에서 구형 α 상을 형성하는 원동력입니다. 구형 α상의 형성을 통해 레이저 보조 적층 제조 Ti-6242 합금의 강도와 연신율을 제어하여 AMS 4919J의 요구 사항 (항복 강도 ≥827MPa, 연신율 ≥10%)에 도달했습니다. TI-6242는 중국의 여러 티타늄 합금 분말 제조업체에서 공급할 수 있는 중국 GB TA19에 해당합니다.