Ti 6242: Uma liga de titânio impressa em 3D de alto desempenho

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Os pós de ligas de titânio têm sido utilizados para o fabrico de peças de excelente desempenho e os graus mais comuns são o Ti6Al4V, mas, em determinadas condições, existem algumas opções melhores, como o TI-5553 e o TI-38644, bem como a liga de titânio Ti-6242 (Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0,08Si), que é adequada para aplicações de elevado desempenho e alta temperatura. A sua densidade é de 4,5g/cm³, o que lhe confere uma boa relação resistência/peso, o Ti-6242 combina boa resistência mecânica e resistência a altas temperaturas, o que o torna um material difícil de produzir com técnicas convencionais e pode ser utilizado nas indústrias aeroespacial, militar, nuclear e de desportos motorizados. Este material será objeto de análise no presente documento.

Ti 6242 Composição 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 residuais, total(3.1.1) ≤0.3
Titânio Resto

 

A composição química do Ti-6242 é apresentada no quadro acima. Pode ser utilizado na indústria aeroespacial comercial e militar, bem como nas indústrias de energia nuclear, onde os componentes que requerem uma excelente estabilidade a altas temperaturas e são leves (tais como motores, componentes de turbinas, estruturas de pós-combustão, pás de compressores de alta pressão e extremidades quentes da fuselagem) são essenciais para o desempenho global. Algumas áreas de extremidades frias apenas necessitarão de ligas de titânio com propriedades de baixa temperatura, enquanto as áreas de extremidades quentes beneficiarão da estabilidade a altas temperaturas proporcionada pelo TI-6242. Estas aplicações requerem materiais diferentes, pelo que é crucial escolher o material correto de acordo com os requisitos de temperatura de funcionamento. Entretanto, o TI-6242 é a primeira liga de titânio especificada pela AMS (American Aerospace Materials) especificamente para aplicações de fabrico aditivo. Em comparação com outras ligas de titânio com a mesma distribuição de tamanho de partículas, a TI-6242 tem maior resistência à oxidação e segurança e é mais fácil de processar.

O TI-6242 tem uma excelente estabilidade a altas temperaturas, com resistência à fluência até 500-550°C, satisfazendo os requisitos de resistência para aplicações de alta temperatura e resistência à fluência. Enquanto outras ligas de titânio comuns, tais como Ti6Al4VO TI-6242 é capaz de funcionar a temperaturas muito mais elevadas (desde baixas temperaturas até 500°C), mesmo com diferentes variações de temperatura em alguns casos extremos. O desafio no sector aeroespacial tem sido sempre o de tentar obter o melhor desempenho mecânico com o menor peso possível e à temperatura mais elevada. As superligas à base de níquel são normalmente utilizadas na região mais quente e, embora a sua densidade seja duas vezes superior à do TI-6242, podem ser utilizadas para reduzir o peso dos motores na indústria aeroespacial, cumprindo simultaneamente os requisitos de temperatura. Estas características são também adequadas para a indústria de corridas, onde a leveza proporcionada pelo TI-6242 ajuda a melhorar o desempenho do motor e a eficiência do combustível. Por conseguinte, o TI-6242 pode ser um substituto eficaz do aço e das superligas à base de níquel.

O pó de impressão 3D TI-6242 cumpre o design de temperatura média-alta adequado para motores rotativos de alta velocidade, mas continua a ser um desafio porque é propenso a fissuras devido a tensões residuais. Os pós altamente esféricos melhorarão a maquinabilidade e ajudarão a manter o processo de impressão estável e a evitar fissuras. As propriedades de fadiga dos materiais são muito sensíveis aos defeitos, pelo que a forma de reduzir os defeitos no fabrico de aditivos é uma boa maneira de otimizar as matérias-primas. Além disso, as propriedades mecânicas dos pó esférico O TI-6242 pode ser regulado pelo processo cíclico de tratamento térmico.

Pó de Ti-6242 com diferentes tamanhos de partículas produzido por AP&C

A AP&C, uma empresa de fabrico de pós da GE Additive, é especializada em materiais reactivos, especialmente em pó de titânio, sendo pioneira no fabrico de Ti-6242. O fornecedor italiano de serviços de impressão 3D, BEAMIT, também investigou e demonstrou que a resistência ao escoamento do TI-6242 produzido pela L-PBF é de cerca de 1000 MPa à temperatura ambiente e mantém-se acima dos 600 MPa a 550°C. Estas propriedades são comparáveis às do forjamento do ti-6242 e do IMI834, uma das ligas de titânio com melhor desempenho a altas temperaturas. No estudo do Instituto de Tecnologia de Fabricação de Singapura, foi proposto e verificado um processo de tratamento térmico cíclico para a preparação da fase α esférica na fabricação aditiva assistida por laser da liga de titânio TI-6242 quase α. A difusão do elemento entre α e β é a força motriz para a formação da fase α esférica na liga ti-6242 de fabricação aditiva assistida por laser. Através da formação da fase α esférica, a resistência e o alongamento da liga Ti-6242 de fabricação aditiva assistida por laser foram controlados, o que atingiu os requisitos da AMS 4919J (resistência ao escoamento ≥827 MPa, alongamento ≥10%). O TI-6242 corresponde ao GB TA19 chinês, que pode ser fornecido por vários fabricantes de pó de liga de titânio na China.