Ti 6242: Высокопроизводительный титановый сплав для 3D-печати

Порошки титановых сплавов используются для изготовления деталей с отличными эксплуатационными характеристиками. Наиболее распространенными марками являются Ti6Al4V, но при некоторых условиях существуют и более удачные варианты, такие как TI-5553 и TI-38644, а также титановый сплав Ti-6242 (Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.08Si), который подходит для высокопроизводительных и высокотемпературных применений. Его плотность составляет 4,5 г/см³, что обеспечивает хорошее соотношение прочности и массы. Ti-6242 сочетает в себе хорошую механическую прочность и устойчивость к высоким температурам, что делает его материалом, который трудно получить традиционными методами, и может использоваться в аэрокосмической, военной, ядерной и автоспортивной промышленности. Он будет рассмотрен в данной статье.

Химический состав Ti 6242 (AMS/SAE 4919)

Химический состав Ti-6242 приведен в таблице выше. Он может применяться в коммерческой и военной авиакосмической промышленности, а также в атомной энергетике, где компоненты, требующие отличной высокотемпературной стабильности и малого веса (например, двигатели, компоненты турбин, конструкции дожигателей, лопатки компрессоров высокого давления и горячие концы фюзеляжа), имеют большое значение для общей производительности. В некоторых областях применения холодных концов требуются только титановые сплавы с низкотемпературными свойствами, в то время как в областях применения горячих концов будет полезно использовать высокотемпературную стабильность, обеспечиваемую TI-6242. Для этих областей применения требуются разные материалы, поэтому очень важно правильно выбрать материал в соответствии с требованиями к рабочей температуре. Между тем TI-6242 - это первый титановый сплав, специфицированный AMS (American Aerospace Materials) специально для применения в аддитивном производстве. По сравнению с другими титановыми сплавами с тем же гранулометрическим составом TI-6242 обладает более высокой стойкостью к окислению и безопасностью, а также более прост в обработке.

TI-6242 обладает превосходной высокотемпературной стабильностью и стойкостью к ползучести до 500-550°C, удовлетворяя требованиям к прочности при работе в условиях высоких температур и ползучести. В то время как другие распространенные титановые сплавы, такие как Ti6Al4Vобычно работают при температуре 350°C, TI-6242 способен работать при гораздо более высоких температурах (от низких до 500°C), даже при различных температурных колебаниях в некоторых экстремальных случаях. Задача в аэрокосмической отрасли всегда заключалась в том, чтобы попытаться достичь наивысших механических характеристик при минимальной массе при самой высокой температуре. Суперсплавы на основе никеля обычно используются в более горячей области, а их плотность, вдвое превышающая плотность TI-6242, может быть использована для снижения массы двигателей в аэрокосмической промышленности при соблюдении температурных требований. Эти свойства подходят и для гоночной промышленности, где легкий вес, обеспечиваемый Ti-6242, помогает улучшить характеристики двигателя и повысить топливную экономичность. Таким образом, TI-6242 может стать эффективной заменой стали и суперсплавов на основе никеля.

Порошок для 3D-печати TI-6242 соответствует средне-высокотемпературному исполнению, пригодному для высокоскоростных вращающихся двигателей, но все же является сложным, поскольку склонен к растрескиванию из-за остаточных напряжений. Порошки с высокой сферичностью улучшат обрабатываемость и помогут сохранить стабильность процесса печати и предотвратить растрескивание. Усталостные свойства материалов очень чувствительны к дефектам, поэтому снижение дефектов в аддитивном производстве - хороший способ оптимизации исходных материалов. Кроме того, механические свойства сферический порошок ТИ-6242 можно регулировать с помощью циклического процесса термообработки.

Порошок Ti-6242 с различными размерами частиц, полученный методом AP&C

AP&C, компания по производству порошков GE Additive, специализирующаяся на реактивных материалах, в частности на титановом порошке, является пионером в производстве Ti-6242. Итальянская компания BEAMIT, предоставляющая услуги 3D-печати, также провела исследования и показала, что предел текучести TI-6242, полученного методом L-PBF, составляет около 1000 МПа при комнатной температуре и остается выше 600 МПа при 550°C. Эти свойства сопоставимы со свойствами кованого Ti-6242 и IMI834, одного из самых высокоэффективных титановых сплавов при высоких температурах. В исследовании Сингапурского института производственных технологий был предложен и проверен циклический процесс термообработки для получения сферической α-фазы при лазерном аддитивном производстве близкого к α титанового сплава TI-6242. Диффузия элементов между α и β является движущей силой формирования сферической α-фазы в сплаве TI-6242, полученном методом лазерного аддитивного производства. За счет образования сферической α-фазы удалось контролировать прочность и удлинение сплава Ti-6242, изготовленного методом лазерной аддитивной обработки, которые достигли требований стандарта AMS 4919J (предел текучести ≥827 МПа, удлинение ≥10%). Сплав TI-6242 соответствует китайскому GB TA19, который может поставляться несколькими производителями порошковых титановых сплавов в Китае.