1. A magas hőmérsékletű titánötvözetek fő teljesítménykövetelményei{1}}
Erőmegtartás: Megfelelő szakítószilárdságot és folyáshatárt kell fenntartani a célhőmérsékleten jelentős romlás nélkül.
Kúszásállóság: Minimálisra csökkenti a tartós deformációt hosszú -statikus vagy ciklikus terhelések esetén magas hőmérsékleten (a magas hőmérsékletű szerkezeti elemek kulcsfontosságú meghibásodási módja).
Oxidációs ellenállás: Sűrű, stabil oxidfilmet képez, hogy megakadályozza a súlyos oxidációt és a vízkőképződést magas-hőmérsékletű levegőben vagy korrozív atmoszférában.
Mikroszerkezeti stabilitás: Kerülje el a fázisátalakulásokat (pl. → fázisátalakulás vagy rideg intermetallikus fázisok kiválása), amelyek ronthatják a teljesítményt hosszan tartó, magas hőmérsékleten való kitettség esetén.
2. Elsődleges magas hőmérsékletű-titánötvözetek 400 fokos + szolgáltatáshoz
2.1 Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Ti-6242)
Kémiai összetétel és mikroszerkezet: Alumíniumot (-stabilizátor), ónt (semleges erősítő), cirkóniumot (szemcsefinomító) és molibdént (mérsékelt -stabilizátor) tartalmaz. Mikrostruktúrája egy elsődleges -fázismátrixból áll, amely a szemcsehatárokon a -fázis kis hányadát (5–10%) tartalmazza, és biztosítja a magas hőmérsékleti stabilitást és a közepes rugalmasságot.
Magas{0}}hőmérsékletű teljesítmény:
450 fokon a szakítószilárdsága 700 MPa felett marad (a<600 MPa for Grade 5 at the same temperature), and its yield strength exceeds 600 MPa.
Kiváló kúszási ellenállást mutat: 300 MPa feszültség mellett 450 fokon a kúszási alakváltozási sebesség kisebb, mint 1×10^-7/h, sokkal alacsonyabb, mint az 5-ös fokozatnál (amely azonos körülmények között meghaladja az 1×10^-5/h-t).
Oxidációs ellenállása jobb, mint az 5. fokozat: 1000 óra 500 fokos expozíció után az oxidréteg vastagsága mindössze ~15 μm, repedés vagy belső oxidáció nélkül.
Alkalmazási forgatókönyvek: Széles körben használják repülőgép{0}}motor-alkatrészekben, például kompresszorlapátok (alacsony-–-közepes nyomású fokozatok), vezetőlapátok és kipufogóházak, valamint gázturbinák és rakétamotorok üzemanyagrendszer-alkatrészeinek magas-hőmérsékletű szerkezeti részei.
2.2 Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Ti-6246)
Kémiai összetétel és mikroszerkezet: Alapelemei megegyeznek a Ti-6242-vel, de magasabb molibdéntartalommal (6% vs Mikrostruktúrája egyenlő tengelyű szemcséket és egy -fázisú mátrixot tartalmaz, finom csapadékkal az öregedés után.
Magas{0}}hőmérsékletű teljesítmény:
500 fokon a szakítószilárdsága ~650 MPa, a folyáshatár pedig ~580 MPa, így ezen a hőmérsékleten 10-15%-kal erősebb, mint a Ti-6242.
Kúszásállósága kiemelkedő: 250 MPa feszültség alatt 500 fokon az 1000 -órás kúszási alakváltozás kevesebb, mint 0,1%, megfelel a nagy-terhelésű repülőgép-motor-alkatrészek követelményeinek.
Az oxidációval szembeni ellenálló képessége a Ti-6242-höz hasonlítható, védőoxidréteg képződik akár 550 fokos hőmérsékleten a rövid távú üzemelés érdekében.
Alkalmazási forgatókönyvek: Elsősorban nagy-feszültségű aero-motor-alkatrészekhez használják, beleértve a nagy-nyomású kompresszortárcsákat, rotortengelyeket és turbinalapátokat (600 fok alatti turbina bemeneti hőmérsékletű motorokhoz), valamint szuperszonikus repülőgépek szerkezeti alkatrészeihez.
2.3 Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr (Ti-52244)
Kémiai összetétel és mikroszerkezet: Nagy mennyiségű -stabilizátort (molibdént és krómot) tartalmaz, amelyek szobahőmérsékleten megtartják a metastabil -fázismátrixot, és az öregedés során finom csapadékot képeznek. Az ötvözet egységes, nem-irányított mikroszerkezettel rendelkezik, szemcsehatáron nincs ridegedés.
Magas{0}}hőmérsékletű teljesítmény:
450 fokon a szakítószilárdsága eléri a ~750 MPa-t, és fenntartja a nagy kifáradási szilárdságot (350 MPa vagy nagyobb ciklikus terhelés esetén), dinamikus terhelési forgatókönyvekben a közel - ötvözetek teljesítményét felülmúlja.
Kúszási ellenállása 450 fokos üzemhez elegendő (kúszási alakváltozás<0.2% at 300 MPa for 1000 hours) and it has good oxidation resistance in air, with minimal scaling up to 500°C.
Alkalmazási forgatókönyvek: Ideális hegesztett magas-hőmérsékletű alkatrészekhez, mint például repülőgép-motor kipufogócsonkjai, repülőgép-utóégető szerkezetei és magas-hőmérsékletű nyomástartó edényei vegyipari feldolgozó üzemekben (korrozív, magas hőmérsékletű közegekhez).
2,4 Ti-1100 (Ti-6Al-2,75Sn-4Zr-0,4Mo-0,45Si)
Kémiai összetétel és mikroszerkezet: Szilíciumot tartalmaz (egy kúszásálló elem, amely finom szilicid csapadékot képez), hogy javítsa a magas hőmérsékletű kúszási teljesítményt-. Mikroszerkezete egy elsődleges -fázisú mátrix, diszpergált szilicidrészecskékkel és egy nyomnyi -fázissal, amely hosszú-távú mikroszerkezeti stabilitást biztosít 600 fokon.
Magas{0}}hőmérsékletű teljesítmény:
550 fokon szakítószilárdsága ~680 MPa, kúszási ellenállása pedig páratlan a titánötvözetek között: 200 MPa feszültség alatt 600 fokon az 1000 órás kúszási deformáció<0.15%.
Oxidációval szembeni ellenálló képességét növeli a Si{0}}dús oxidréteg kialakulása, amely gátolja az oxigén további diffúzióját; 500 óra 600 fokos hőmérsékleten tartás után az oxidréteg sűrű és tapadó marad.
Alkalmazási forgatókönyvek: Fejlett -motor-nagynyomású-kompresszor-alkatrészekhez (nagy-tolóerős motorokhoz), hiperszonikus járművek termikus szerkezeti alkatrészeihez és űrhajtóművek magas-hőmérsékletű alkatrészei számára fenntartva (ahol a súlycsökkentés kritikus, és a nikkel-alapú szuperötvözetek túl nehézek).
3. Magas hőmérsékletű titánötvözetek kiválasztására vonatkozó irányelvek{1}}
400-450 fokos kiszolgáláshoz: A Ti-6242 a költséghatékony választás-, amely egyensúlyban tartja a teljesítményt és a gyárthatóságot a legtöbb repülőgép-hajtóműhöz és ipari alkalmazáshoz.
450-550 fokos kiszolgáláshoz: A Ti-6246 a nagy szilárdságú követelményekhez, míg a Ti-52244 optimális a hegesztett alkatrészekhez.
550-600 fokos kiszolgáláshoz: A Ti-1100 az egyetlen életképes titánötvözet opció, bár speciális hőkezelést igényel, és magasabb a gyártási költsége (a extrém magas hőmérsékleten nyújtott teljesítmény csere-ár).
4. Korlátozások és kiegészítő megjegyzések
A titánötvözetek általában nem ajánlottak 600 fok feletti folyamatos üzemelésre, mivel oxidációs ellenállásuk és kúszási teljesítményük gyorsan romlik (a nikkel-alapú szuperötvözetek válnak az elsődleges alternatívává 600 fokos + ultra-magas{5}}hőmérsékletű körülmények között).
A korrozív atmoszférában (pl. kén- vagy klorid-szennyeződésekkel) végzett magas hőmérsékletű{0}}szolgáltatáshoz felületi bevonatok (pl. aluminid vagy szilicid bevonat) alkalmazhatók az ötvözetek oxidációval és korrózióval szembeni ellenállásának további fokozására.
