Ti 6242: En högpresterande 3D-printad titanlegering

/0 Kommentarer/i /av

Pulver av titanlegeringar har använts för tillverkning av delar med utmärkt prestanda och de vanligaste kvaliteterna är Ti6Al4V, men under vissa förhållanden finns det bättre alternativ som TI-5553 och TI-38644 samt titanlegeringen Ti-6242 (Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0,08Si), som är lämplig för applikationer med hög prestanda och hög temperatur. Densiteten är 4,5 g/cm³, vilket ger ett bra förhållande mellan styrka och vikt. Ti-6242 kombinerar god mekanisk styrka och hög temperaturbeständighet, vilket gör det till ett material som är svårt att tillverka med konventionella tekniker och som kan användas inom flyg-, militär-, kärnkrafts- och motorsportindustrin. Det kommer att diskuteras i detta dokument.

Ti 6242 Kemisk sammansättning (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
Återstående element, totalt(3.1.1) ≤0.3
Titan Kvarvarande

 

Den kemiska sammansättningen av Ti-6242 visas i tabellen ovan. Den kan användas inom kommersiell och militär flyg- och rymdindustri samt kärnkraftsindustri där komponenter som kräver utmärkt högtemperaturstabilitet och är lätta (såsom motorer, turbinkomponenter, efterbrännarstrukturer, högtryckskompressorblad och flygkroppens heta ändar) är avgörande för den totala prestandan. Vissa kalla ändområden behöver bara titanlegeringar med lågtemperaturegenskaper, medan varma ändområden kommer att dra nytta av den högtemperaturstabilitet som TI-6242 ger. Dessa applikationer kräver olika material, så det är viktigt att välja rätt material enligt kraven på driftstemperatur. Samtidigt är TI-6242 den första titanlegeringen som specificerats av AMS (American Aerospace Materials) specifikt för additiva tillverkningstillämpningar. Jämfört med andra titanlegeringar med samma partikelstorleksfördelning har TI-6242 högre oxidationsbeständighet och säkerhet och är lättare att bearbeta.

TI-6242 har utmärkt högtemperaturstabilitet, med krypbeständighet upp till 500-550°C, vilket uppfyller hållfasthetskraven för applikationer med hög temperatur och krypbeständighet. Medan andra vanliga titanlegeringar, t.ex. Ti6Al4VTI-6242 kan arbeta vid mycket högre temperaturer (från låga temperaturer till 500°C), till och med med olika temperaturvariationer i vissa extrema fall. Utmaningen inom flygindustrin har alltid varit att försöka uppnå högsta möjliga mekaniska prestanda med lägsta möjliga vikt vid högsta temperatur. Nickelbaserade superlegeringar används vanligen i den varmare regionen, medan deras täthet är dubbelt så hög som TI-6242, kan användas för att minska vikten på motorer inom flygindustrin samtidigt som temperaturkraven uppfylls. Dessa egenskaper är också lämpliga för racingindustrin, där den lätta vikt som Ti-6242 ger bidrar till att förbättra motorns prestanda och bränsleeffektivitet. Därför kan TI-6242 vara ett effektivt substitut för stål och nickelbaserade superlegeringar.

3D-utskriftspulvret TI-6242 uppfyller kraven för medelhöga temperaturer för höghastighetsrotationsmotorer, men är fortfarande en utmaning eftersom det är känsligt för sprickbildning på grund av restspänningar. Höggradigt sfäriska pulver förbättrar bearbetbarheten och hjälper till att hålla utskriftsprocessen stabil och förhindra sprickbildning. Materialens utmattningsegenskaper är mycket känsliga för defekter, så hur man minskar defekterna vid additiv tillverkning är ett bra sätt att optimera råvarorna. Dessutom är de mekaniska egenskaperna hos sfäriskt pulver TI-6242 kan regleras av den cykliska värmebehandlingsprocessen.

Ti-6242-pulver med olika partikelstorlekar tillverkat av AP&C

AP&C, ett pulvertillverkningsföretag inom GE Additive, är specialiserat på reaktiva material, särskilt titanpulver, och är pionjär inom tillverkning av Ti-6242. Den italienska leverantören av 3D-utskriftstjänster, BEAMIT, har också undersökt det och visar att sträckgränsen för TI-6242 som produceras av L-PBF är ca 1000 MPa vid rumstemperatur och förblir över 600 MPa vid 550 °C. Dessa egenskaper är jämförbara med de för smide av ti-6242 och IMI834, en av de mest högpresterande titanlegeringarna vid höga temperaturer. I studien från Singapore Institute of Manufacturing Technology föreslogs och verifierades en cyklisk värmebehandlingsprocess för beredning av sfärisk α-fas i laserassisterad additiv tillverkning av nära α-titanlegering TI-6242. Elementdiffusionen mellan α och β är den drivande kraften för bildandet av den sfäriska α-fasen i laserassisterad additiv tillverkning av ti-6242-legering. Genom bildandet av sfärisk α-fas kontrollerades hållfastheten och töjningen hos legeringen Ti-6242 för laserassisterad additiv tillverkning, vilket uppfyllde kraven i AMS 4919J (sträckgräns ≥827 MPa, töjning ≥10%). TI-6242 motsvarar den kinesiska GB TA19, som kan levereras av flera pulvertillverkare av titanlegeringar i Kina.