Ti 6242: Un aliaj de titan imprimat 3D de înaltă performanță

Pulberile de aliaj de titan au fost utilizate pentru fabricarea de piese cu performanțe excelente și, cele mai comune clase sunt Ti6Al4V, dar, în anumite condiții, există unele opțiuni mai bune, cum ar fi TI-5553 și TI-38644, precum și aliajul de titan Ti-6242 (Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0,08Si), care este potrivit pentru aplicații de înaltă performanță și la temperaturi ridicate. Densitatea sa este de 4,5g/cm³, ceea ce îi conferă un bun raport rezistență/greutate, Ti-6242 combină o bună rezistență mecanică și rezistență la temperaturi ridicate, ceea ce îl face să fie un material dificil de produs cu ajutorul tehnicilor convenționale și poate fi utilizat în industria aerospațială, militară, nucleară și în sporturile cu motor. Acesta va fi discutat în această lucrare.

Compoziția chimică Ti 6242 (AMS/SAE 4919)

Compoziția chimică a Ti-6242 este prezentată în tabelul de mai sus. Acesta poate fi utilizat în industria aerospațială comercială și militară, precum și în industria energiei nucleare, unde componentele care necesită o stabilitate excelentă la temperaturi ridicate și sunt ușoare (cum ar fi motoarele, componentele turbinei, structurile de postcombustie, paletele compresoarelor de înaltă presiune și capetele fierbinți ale fuselajului) sunt esențiale pentru performanța generală. Unele zone de capăt rece vor avea nevoie doar de aliaje de titan cu proprietăți de temperatură joasă, în timp ce zonele de capăt cald vor beneficia de stabilitatea la temperaturi ridicate oferită de TI-6242. Aceste aplicații necesită materiale diferite, astfel încât este esențial să alegeți materialul potrivit în funcție de cerințele de temperatură de funcționare. Între timp, TI-6242 este primul aliaj de titan specificat de AMS (American Aerospace Materials) în mod special pentru aplicații de fabricație aditivă. În comparație cu alte aliaje de titan cu aceeași distribuție a dimensiunii particulelor, TI-6242 are o rezistență mai mare la oxidare și siguranță și este mai ușor de prelucrat.

TI-6242 are o stabilitate excelentă la temperaturi ridicate, cu rezistență la fluaj până la 500-550°C, îndeplinind cerințele de rezistență pentru aplicații la temperaturi ridicate și rezistență la fluaj. În timp ce alte aliaje de titan obișnuite, cum ar fi Ti6Al4V, funcționează de obicei la 350°C, TI-6242 este capabil să funcționeze la temperaturi mult mai ridicate (de la temperaturi scăzute până la 500°C), chiar și cu variații diferite de temperatură în unele cazuri extreme. Provocarea în domeniul aerospațial a fost întotdeauna încercarea de a obține cea mai mare performanță mecanică la cea mai mică greutate posibilă, la cea mai înaltă temperatură. Superaliajele pe bază de nichel sunt utilizate în mod obișnuit în regiunea mai caldă, în timp ce densitatea lor este de două ori mai mare decât TI-6242, pot fi utilizate pentru a reduce greutatea motoarelor din industria aerospațială, respectând în același timp cerințele de temperatură. Aceste caracteristici sunt, de asemenea, potrivite pentru industria de curse, unde greutatea redusă oferită de Ti-6242 ajută la îmbunătățirea performanțelor motorului și a eficienței combustibilului. Prin urmare, TI-6242 poate fi un substitut eficient pentru oțel și superaliajele pe bază de nichel.

Pulberea pentru imprimare 3D TI-6242 îndeplinește cerințele de proiectare la temperaturi medii și înalte, potrivită pentru motoarele rotative de mare viteză, dar este totuși o provocare, deoarece este predispusă la fisuri din cauza tensiunilor reziduale. Pulberile foarte sferice vor îmbunătăți prelucrabilitatea și vor contribui la menținerea stabilității procesului de imprimare și la prevenirea fisurilor. Proprietățile de oboseală ale materialelor sunt foarte sensibile la defecte, modul de reducere a defectelor în fabricarea aditivă este o modalitate bună de optimizare a materiilor prime. În plus, proprietățile mecanice ale pulbere sferică TI-6242 poate fi reglat prin procesul de tratament termic ciclic.

Pulbere de Ti-6242 cu diferite dimensiuni de particule produsă de AP&C

AP&C, o companie de producție de pulberi a GE Additive, specializată în materiale reactive, în special în pulberea de titan, este pionier în producția de Ti-6242. Furnizorul italian de servicii de imprimare 3D, BEAMIT, a efectuat, de asemenea, cercetări și arată că rezistența la randament a TI-6242 produsă prin L-PBF este de aproximativ 1000MPa la temperatura camerei și rămâne peste 600MPa la 550°C, Aceste proprietăți sunt comparabile cu cele ale ti-6242 forjat și IMI834, unul dintre cele mai performante aliaje de titan la temperaturi ridicate. În studiul Institutului de Tehnologie de Fabricație din Singapore, a fost propus și verificat un proces de tratament termic ciclic pentru prepararea fazei α sferice în fabricarea aditivă asistată cu laser a aliajului de titan aproape α TI-6242. Difuzarea elementului între α și β este forța motrice pentru formarea fazei α sferice în fabricarea aditivă asistată cu laser a aliajului Ti-6242. Prin formarea fazei α sferice, au fost controlate rezistența și alungirea aliajului Ti-6242 de fabricație aditivă asistată cu laser, care au atins cerințele din AMS 4919J (limita de curgere ≥827 MPa, alungire ≥10%). TI-6242 corespunde standardului chinezesc GB TA19, care poate fi furnizat de mai mulți producători de pulbere de aliaj de titan din China.