Ti 6242: Wysokowydajny, drukowany w 3D stop tytanu

Proszki ze stopów tytanu są wykorzystywane do produkcji części o doskonałych osiągach, a najpopularniejsze gatunki to Ti6Al4V, ale w niektórych warunkach istnieją lepsze opcje, takie jak TI-5553 i TI-38644, a także stop tytanu Ti-6242 (Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.08Si), który nadaje się do zastosowań o wysokiej wydajności i wysokiej temperaturze. Jego gęstość wynosi 4,5 g/cm³, co daje mu dobry stosunek wytrzymałości do masy, Ti-6242 łączy w sobie dobrą wytrzymałość mechaniczną i odporność na wysoką temperaturę, co czyni go materiałem trudnym do wytworzenia konwencjonalnymi technikami i może być stosowany w przemyśle lotniczym, wojskowym, nuklearnym i sportach motorowych. Zostanie on omówiony w niniejszym artykule.

Ti 6242 Skład chemiczny (AMS/SAE 4919)

Skład chemiczny Ti-6242 przedstawiono w powyższej tabeli. Może być stosowany w komercyjnym i wojskowym przemyśle lotniczym i kosmicznym, a także w energetyce jądrowej, gdzie komponenty wymagające doskonałej stabilności w wysokich temperaturach i lekkości (takie jak silniki, elementy turbin, struktury dopalaczy, łopatki sprężarek wysokociśnieniowych i gorące końce kadłuba) są niezbędne dla ogólnej wydajności. Niektóre obszary zimnych końców będą wymagały tylko stopów tytanu o właściwościach niskotemperaturowych, podczas gdy obszary gorących końców będą korzystać ze stabilności wysokotemperaturowej zapewnianej przez TI-6242. Zastosowania te wymagają różnych materiałów, więc kluczowe znaczenie ma wybór odpowiedniego materiału w zależności od wymagań temperatury roboczej. Tymczasem TI-6242 jest pierwszym stopem tytanu określonym przez AMS (American Aerospace Materials) specjalnie do zastosowań w produkcji addytywnej. W porównaniu z innymi stopami tytanu o tym samym rozkładzie wielkości cząstek, TI-6242 ma wyższą odporność na utlenianie i bezpieczeństwo oraz jest łatwiejszy w obróbce.

TI-6242 charakteryzuje się doskonałą stabilnością w wysokich temperaturach, z odpornością na pełzanie do 500-550°C, spełniając wymagania wytrzymałościowe dla zastosowań wysokotemperaturowych i odpornych na pełzanie. Podczas gdy inne popularne stopy tytanu, takie jak Ti6Al4VTI-6242 jest w stanie pracować w znacznie wyższych temperaturach (od niskich temperatur do 500°C), nawet przy różnych wahaniach temperatury w niektórych ekstremalnych przypadkach. Wyzwaniem w przemyśle lotniczym zawsze była próba osiągnięcia najwyższej wydajności mechanicznej przy najniższej możliwej masie w najwyższej temperaturze. Nadstopy na bazie niklu są powszechnie stosowane w gorętszym regionie, podczas gdy ich gęstość jest dwukrotnie większa niż TI-6242, mogą być stosowane w celu zmniejszenia masy silników w przemyśle lotniczym, jednocześnie spełniając wymagania temperaturowe. Cechy te są również odpowiednie dla przemysłu wyścigowego, gdzie lekkość zapewniana przez Ti-6242 pomaga poprawić osiągi silnika i oszczędność paliwa. Dlatego TI-6242 może być skutecznym substytutem stali i superstopów na bazie niklu.

Proszek do druku 3D TI-6242 spełnia wymagania średnio-wysokotemperaturowej konstrukcji odpowiedniej dla wysokoobrotowych silników rotacyjnych, ale nadal stanowi wyzwanie, ponieważ jest podatny na pękanie z powodu naprężeń szczątkowych. Wysoce sferyczne proszki poprawią obrabialność i pomogą utrzymać stabilny proces drukowania oraz zapobiegną pękaniu. Właściwości zmęczeniowe materiałów są bardzo wrażliwe na defekty, a redukcja defektów w produkcji addytywnej jest dobrym sposobem na optymalizację surowców. Ponadto, właściwości mechaniczne kulisty proszek TI-6242 może być regulowany przez cykliczny proces obróbki cieplnej.

Proszek Ti-6242 o różnych rozmiarach cząstek wytwarzany przez AP&C

AP&C, firma GE Additive zajmująca się produkcją proszków, specjalizująca się w materiałach reaktywnych, w szczególności proszku tytanu, jest pionierem w produkcji Ti-6242. Włoski dostawca usług druku 3D, BEAMIT, również przeprowadził badania i wykazał, że granica plastyczności TI-6242 wytwarzanego przez L-PBF wynosi około 1000 MPa w temperaturze pokojowej i utrzymuje się powyżej 600 MPa w temperaturze 550°C. Właściwości te są porównywalne z właściwościami kucia ti-6242 i IMI834, jednego z najbardziej wydajnych stopów tytanu w wysokich temperaturach. W badaniu przeprowadzonym przez Singapore Institute of Manufacturing Technology zaproponowano i zweryfikowano cykliczny proces obróbki cieplnej w celu przygotowania sferycznej fazy α w laserowo wspomaganej produkcji addytywnej stopu tytanu TI-6242. Dyfuzja pierwiastków między α i β jest siłą napędową tworzenia sferycznej fazy α w laserowo wspomaganym wytwarzaniu addytywnym stopu ti-6242. Poprzez tworzenie sferycznej fazy α kontrolowano wytrzymałość i wydłużenie wspomaganego laserowo stopu Ti-6242, który osiągnął wymagania AMS 4919J (granica plastyczności ≥827 MPa, wydłużenie ≥10%). TI-6242 odpowiada chińskiemu GB TA19, który może być dostarczany przez kilku producentów proszku ze stopu tytanu w Chinach.