1. Βασικές απαιτήσεις απόδοσης για κράματα τιτανίου υψηλής-θερμοκρασίας
Διατήρηση δύναμης: Διατηρήστε επαρκή αντοχή σε εφελκυσμό και διαρροή στις θερμοκρασίες στόχου χωρίς σημαντική υποβάθμιση.
Αντοχή σε ερπυσμό: Ελαχιστοποιήστε τη μόνιμη παραμόρφωση κάτω από-μακροπρόθεσμα στατικά ή κυκλικά φορτία σε υψηλές θερμοκρασίες (μια βασική λειτουργία αστοχίας για δομικά στοιχεία υψηλής- θερμοκρασίας).
Αντοχή στην οξείδωση: Σχηματίστε ένα πυκνό, σταθερό φιλμ οξειδίου για να αποτρέψετε σοβαρή οξείδωση και απολέπιση σε αέρα υψηλής- θερμοκρασίας ή διαβρωτικές ατμόσφαιρες.
Μικροδομική σταθερότητα: Αποφύγετε μετασχηματισμούς φάσης (π.χ., → μετάβαση φάσης ή καθίζηση εύθραυστων διαμεταλλικών φάσεων) που θα μπορούσαν να θέσουν σε κίνδυνο την απόδοση κατά τη διάρκεια παρατεταμένης έκθεσης σε υψηλές-θερμοκρασίες.
2. Κύρια κράματα τιτανίου υψηλής- θερμοκρασίας για 400 βαθμούς + σέρβις
2.1 Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Ti-6242)
Χημική σύνθεση & μικροδομή: Περιέχει αλουμίνιο ( -σταθεροποιητής), κασσίτερο (ουδέτερο ενισχυτικό), ζιρκόνιο (διυλιστής κόκκων) και μολυβδαίνιο (μέτριος -σταθεροποιητής). Η μικροδομή του αποτελείται από έναν πρωτεύοντα -μήτρα φάσης με ένα μικρό κλάσμα -φάσης (5–10%) στα όρια των κόκκων, εξασφαλίζοντας τόσο υψηλή-σταθερότητα θερμοκρασίας και μέτρια ολκιμότητα.
Απόδοση υψηλής- θερμοκρασίας:
Στις 450 μοίρες, η αντοχή του σε εφελκυσμό παραμένει πάνω από 700 MPa (σε σύγκριση με<600 MPa for Grade 5 at the same temperature), and its yield strength exceeds 600 MPa.
Παρουσιάζει εξαιρετική αντοχή σε ερπυσμό: υπό τάση 300 MPa στους 450 μοίρες, ο ρυθμός παραμόρφωσης ερπυσμού είναι μικρότερος από 1×10^-7/h, πολύ χαμηλότερος από αυτόν του Βαθμού 5 (που υπερβαίνει το 1×10^-5/h στις ίδιες συνθήκες).
Η αντίστασή του στην οξείδωση είναι ανώτερη του βαθμού 5: μετά από 1000 ώρες έκθεσης στους 500 βαθμούς, το πάχος του στρώματος οξειδίου είναι μόνο ~15 μm, χωρίς θραύση ή εσωτερική οξείδωση.
Σενάρια εφαρμογής: Χρησιμοποιείται ευρέως σε εξαρτήματα αερο-κινητήρων όπως πτερύγια συμπιεστή (στάδια χαμηλής-έως-μέτριας πίεσης), πτερύγια οδήγησης και περιβλήματα εξάτμισης, καθώς και δομικά μέρη υψηλής- θερμοκρασίας για αεριοστρόβιλους και εξαρτήματα συστήματος καυσίμου πυραυλοκινητήρα.
2.2 Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Ti-6246)
Χημική σύνθεση & μικροδομή: Έχει τα ίδια βασικά στοιχεία με το Ti-6242 αλλά με υψηλότερη περιεκτικότητα σε μολυβδαίνιο (6% έναντι. 2% στο Ti-6242), αυξάνοντας το κλάσμα φάσης (10–15%) και ενισχύοντας την ενίσχυση της βροχόπτωσης κατά τη θερμική επεξεργασία. Η μικροδομή του διαθέτει ισοαξονισμένους κόκκους και μια μήτρα φάσης με λεπτά ιζήματα μετά τη γήρανση.
Απόδοση υψηλής- θερμοκρασίας:
Στους 500 βαθμούς, η αντοχή του σε εφελκυσμό είναι ~650 MPa και η αντοχή διαρροής είναι ~580 MPa, καθιστώντας το 10–15% ισχυρότερο από το Ti-6242 σε αυτή τη θερμοκρασία.
Η αντίστασή του σε ερπυσμό είναι εξαιρετική: υπό τάση 250 MPa σε 500 μοίρες, η παραμόρφωση ερπυσμού 1000-ωρών είναι μικρότερη από 0,1%, ανταποκρινόμενη στις απαιτήσεις των εξαρτημάτων αεροκινητήρα υψηλού-φορτίου.
Η αντίσταση στην οξείδωση είναι συγκρίσιμη με το Ti-6242, με ένα προστατευτικό στρώμα οξειδίου που σχηματίζεται σε θερμοκρασίες έως 550 βαθμούς για βραχυπρόθεσμη εξυπηρέτηση.
Σενάρια εφαρμογής: Χρησιμοποιείται κυρίως για-αεροκίνητα-εξαρτήματα κινητήρα υψηλής πίεσης, συμπεριλαμβανομένων δίσκων συμπιεστή υψηλής-πίεσης, άξονες ρότορα και ρίζες πτερυγίων στροβίλου (για κινητήρες με θερμοκρασίες εισόδου στροβίλου κάτω από 600 βαθμούς), καθώς και δομικά μέρη για υπερηχητικά αεροσκάφη.
2.3 Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr (Ti-52244)
Χημική σύνθεση & μικροδομή: Περιέχει υψηλά επίπεδα -σταθεροποιητών (μολυβδαίνιο και χρώμιο), οι οποίοι διατηρούν μια μετασταθερή μήτρα -φάσης σε θερμοκρασία δωματίου και σχηματίζουν λεπτά ιζήματα κατά τη γήρανση. Το κράμα έχει ομοιόμορφη, μη κατευθυντική μικροδομή, χωρίς ευθραυστότητα στα όρια των κόκκων.
Απόδοση υψηλής- θερμοκρασίας:
Στις 450 μοίρες, η αντοχή του σε εφελκυσμό φτάνει τα ~750 MPa και διατηρεί υψηλή αντοχή σε κόπωση (Μεγαλύτερη ή ίση με 350 MPa υπό κυκλική φόρτιση), υπερτερώντας σχεδόν σε- κράματα σε σενάρια δυναμικού φορτίου.
Η αντίσταση ερπυσμού του είναι επαρκής για σέρβις 450 μοιρών (καταπόνηση ερπυσμού<0.2% at 300 MPa for 1000 hours) and it has good oxidation resistance in air, with minimal scaling up to 500°C.
Σενάρια εφαρμογής: Ιδανικό για συγκολλημένα εξαρτήματα υψηλής-θερμοκρασίας, όπως πολλαπλές εξάτμισης αερο-κινητήρων, δομές μετακαυστήρα αεροσκαφών και δοχεία υψηλής- πίεσης σε μονάδες χημικής επεξεργασίας (για διαβρωτικά μέσα υψηλής-θερμοκρασίας).
2,4 Ti-1100 (Ti-6Al-2,75Sn-4Zr-0,4Mo-0,45Si)
Χημική σύνθεση & μικροδομή: Ενσωματώνει πυρίτιο (ένα ερπυστικό-στοιχείο που σχηματίζει λεπτά ιζήματα πυριτίου) για τη βελτίωση της απόδοσης ερπυσμού σε υψηλές-θερμοκρασίες. Η μικροδομή του είναι μια κύρια -μήτρα φάσης με διεσπαρμένα σωματίδια πυριτίου και μια ίχνη -φάση, που εξασφαλίζει μακροπρόθεσμη μικροδομική σταθερότητα στους 600 βαθμούς .
Απόδοση υψηλής- θερμοκρασίας:
Στις 550 μοίρες, η αντοχή του σε εφελκυσμό είναι ~ 680 MPa και η αντοχή του σε ερπυσμό είναι απαράμιλλη μεταξύ των κραμάτων τιτανίου: κάτω από τάση 200 MPa σε 600 μοίρες, η παραμόρφωση ερπυσμού 1000 ωρών είναι<0.15%.
Η αντίστασή του στην οξείδωση ενισχύεται από το σχηματισμό ενός στρώματος πλούσιου οξειδίου Si-, το οποίο αναστέλλει την περαιτέρω διάχυση οξυγόνου. μετά από 500 ώρες στους 600 βαθμούς, το στρώμα οξειδίου παραμένει πυκνό και προσκολλημένο.
Σενάρια εφαρμογής: Προορίζεται για προηγμένα εξαρτήματα αεροσυμπιεστή-κινητήρα υψηλής
3. Οδηγίες επιλογής για κράματα τιτανίου υψηλής-θερμοκρασίας
Για εξυπηρέτηση 400–450 μοιρών: Το Ti-6242 είναι η οικονομικά-αποτελεσματική επιλογή, εξισορροπώντας την απόδοση και τη δυνατότητα κατασκευής για τις περισσότερες εφαρμογές αεροκινητήρων και βιομηχανικών εφαρμογών.
Για υπηρεσία 450–550 μοιρών: Το Ti-6246 προτιμάται για απαιτήσεις υψηλής αντοχής, ενώ το Ti-52244 είναι το βέλτιστο για συγκολλημένα εξαρτήματα.
Για υπηρεσία 550–600 μοιρών: Το Ti-1100 είναι η μόνη βιώσιμη επιλογή από κράμα τιτανίου, αν και απαιτεί εξειδικευμένη θερμική επεξεργασία και έχει υψηλότερο κόστος παραγωγής (αντιαλλάκτης-για την απόδοσή του σε ακραίες υψηλές θερμοκρασίες).
4. Περιορισμοί και Συμπληρωματικές Σημειώσεις
Τα κράματα τιτανίου γενικά δεν συνιστώνται για συνεχή συντήρηση άνω των 600 μοιρών, καθώς η αντίστασή τους στην οξείδωση και η απόδοσή τους σε ερπυσμό υποβαθμίζονται γρήγορα (τα υπερκράματα με βάση το νικέλιο-γίνονται η κύρια εναλλακτική λύση για συνθήκες θερμοκρασίας 600 βαθμών + υπερ-υψηλή-).
Για σέρβις σε υψηλές θερμοκρασίες σε διαβρωτικές ατμόσφαιρες (π.χ. με ρύπους θείου ή χλωρίου), μπορούν να εφαρμοστούν επιφανειακές επικαλύψεις (π.χ. επικαλύψεις αλουμινιδίου ή πυριτίου) για την περαιτέρω ενίσχυση της αντοχής στην οξείδωση και τη διάβρωση αυτών των κραμάτων.
