Ti 6242: Yüksek Performanslı 3D Baskılı Titanyum Alaşımı

Titanyum alaşım tozları mükemmel performanslı parçaların yapımında kullanılmaktadır ve en yaygın kaliteler Ti6Al4V'dir, ancak bazı koşullar altında TI-5553 ve TI-38644 gibi bazı daha iyi seçeneklerin yanı sıra yüksek performans ve yüksek sıcaklık uygulamaları için uygun olan titanyum alaşımı Ti-6242 (Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.08Si) vardır. Yoğunluğu 4,5 g/cm³'tür, bu da ona iyi bir mukavemet/ağırlık oranı verir, Ti-6242 iyi mekanik mukavemet ve yüksek sıcaklık direncini birleştirir, bu da onu geleneksel tekniklerle üretilmesi zor bir malzeme haline getirir ve havacılık, askeri, nükleer ve motor sporları endüstrilerinde kullanılabilir. Bu makalede tartışılacaktır.

Ti 6242 Kimyasal Bileşimi (AMS/SAE 4919)

Ti-6242'nin kimyasal bileşimi yukarıdaki tabloda gösterilmektedir. Mükemmel yüksek sıcaklık kararlılığı gerektiren ve hafif olan bileşenlerin (motorlar, türbin bileşenleri, art yakıcı yapılar, yüksek basınçlı kompresör kanatları ve gövde sıcak uçları gibi) genel performans için gerekli olduğu ticari ve askeri havacılık ve nükleer enerji endüstrilerinde kullanılabilir. Bazı soğuk uç alanları yalnızca düşük sıcaklık özelliklerine sahip titanyum alaşımlarına ihtiyaç duyarken, sıcak uç alanları TI-6242 tarafından sağlanan yüksek sıcaklık kararlılığından yararlanacaktır. Bu uygulamalar farklı malzemeler gerektirir, bu nedenle çalışma sıcaklığı gereksinimlerine göre doğru malzemeyi seçmek çok önemlidir. Bu arada TI-6242, AMS (American Aerospace Materials) tarafından özellikle katmanlı üretim uygulamaları için belirlenen ilk titanyum alaşımıdır. Aynı parçacık boyutu dağılımına sahip diğer titanyum alaşımlarıyla karşılaştırıldığında, TI-6242 daha yüksek oksidasyon direncine ve güvenliğe sahiptir ve işlenmesi daha kolaydır.

TI-6242, 500-550°C'ye kadar sürünme direnci ile mükemmel yüksek sıcaklık kararlılığına sahiptir ve yüksek sıcaklık ve sürünme direnci uygulamaları için güç gereksinimlerini karşılar. Diğer yaygın titanyum alaşımları, örneğin Ti6Al4Vtipik olarak 350°C'de çalışırken, TI-6242 çok daha yüksek sıcaklıklarda (düşük sıcaklıklardan 500°C'ye kadar), hatta bazı aşırı durumlarda farklı sıcaklık değişimlerinde bile çalışabilir. Havacılık ve uzay alanındaki zorluk her zaman en yüksek sıcaklıkta mümkün olan en düşük ağırlıkta en yüksek mekanik performansı elde etmeye çalışmak olmuştur. Nikel bazlı süper alaşımlar daha sıcak bölgede yaygın olarak kullanılırken, yoğunlukları TI-6242'nin iki katıdır, sıcaklık gereksinimlerini karşılarken havacılık endüstrisindeki motorların ağırlığını azaltmak için kullanılabilir. Bu özellikler, Ti-6242 tarafından sağlanan hafifliğin motor performansını ve yakıt verimliliğini artırmaya yardımcı olduğu yarış endüstrisi için de uygundur. Bu nedenle, TI-6242 çelik ve nikel bazlı süper alaşımlar için etkili bir ikame olabilir.

3D baskı tozu TI-6242, yüksek hızlı dönen motorlar için uygun orta-yüksek sıcaklık tasarımını karşılar, ancak artık gerilmeler nedeniyle çatlamaya eğilimli olduğu için hala zordur. Yüksek küreselliğe sahip tozlar işlenebilirliği artıracak ve baskı sürecini stabil tutmaya ve çatlamayı önlemeye yardımcı olacaktır. Malzemelerin yorulma özellikleri kusurlara karşı çok hassastır, katmanlı üretimde kusurların nasıl azaltılacağı hammaddelerin optimizasyonu için iyi bir yoldur. Ek olarak, malzemelerin mekanik özellikleri küresel toz TI-6242 döngüsel ısıl işlem prosesi ile düzenlenebilir.

AP&C tarafından üretilen farklı partikül boyutlarına sahip Ti-6242 tozu

GE Additive'in bir toz üretim şirketi olan AP&C, reaktif malzemeler konusunda uzmanlaşmıştır, özellikle titanyum tozu Ti-6242 üretiminde öncüdür. İtalyan 3D baskı hizmeti sağlayıcısı BEAMIT de bu konuda araştırma yapmış ve L-PBF ile üretilen TI-6242'nin akma dayanımının oda sıcaklığında yaklaşık 1000MPa olduğunu ve 550°C'de 600MPa'nın üzerinde kaldığını göstermiştir, Bu özellikler dövme ti-6242 ve yüksek sıcaklıklarda en yüksek performanslı titanyum alaşımlarından biri olan IMI834 ile karşılaştırılabilir. Singapur Üretim Teknolojisi Enstitüsü'nün çalışmasında, yakın α titanyum alaşımı TI-6242'nin lazer destekli eklemeli üretiminde küresel α fazının hazırlanması için döngüsel bir ısıl işlem süreci önerilmiş ve doğrulanmıştır. α ve β arasındaki element difüzyonu, lazer destekli katkılı üretim ti-6242 alaşımında küresel α fazının oluşumu için itici güçtür. Küresel α fazının oluşumu sayesinde, lazer destekli katkılı üretim Ti-6242 alaşımının mukavemeti ve uzaması kontrol edilmiş ve AMS 4919J (akma mukavemeti ≥827 MPa, uzama ≥10%) gereksinimlerine ulaşılmıştır. TI-6242, Çin'deki birkaç titanyum alaşımlı toz üreticisi tarafından tedarik edilebilen Çin GB TA19'a karşılık gelir.