Titanyum Alaşımlarının Fiziksel Özellikleri | Yüksek Sıcaklık Titanyum Alaşımları

Yüksek sıcaklıkta titanyum alaşımları, ısıya dayanıklı titanyum alaşımları olarak da bilinir, yüksek sıcaklıklarda uzun süreli çalışma kapasitesine sahiptir.

Yüksek sürünme direnci ve termal stabilite sergilerler, Hem oda hem de yüksek sıcaklıklarda iyi yorulma performansını koruyun, ve oda sıcaklığında iyi sünekliğe sahiptir.

Farklı Servis Sıcaklıkları için Titanyum Alaşımları

İçinde 1954, Amerika Birleşik Devletleri Ti-6Al-4V alaşımını geliştirdi, ilk yüksek sıcaklık titanyum alaşımı, α+β iki fazlı yapı ile karakterize edilir. Bu alaşım 300-350°C arasındaki sıcaklıklarda kullanılabilir ve Apollo uzay aracı gibi havacılık araçlarında da uygulanmıştır., Atlas füzeleri, ve Ranger uyduları. Fakat, Ti-6Al-4V alaşımının bazı dezavantajları vardır, yetersiz ısı direnci dahil, optimumun altında sertleşebilirlik, zayıf soğuk işlenebilirlik, ve karmaşık hazırlık süreçleri.

α'ya yakın titanyum alaşımları, α-tipi alaşımların mükemmel sürünme direncini α+β-tipi alaşımların yüksek mukavemetiyle birleştirir. Çeşitli alaşım elementleri eklenerek, çeşitli çözeltiyle güçlendirilmiş yüksek sıcaklık titanyum alaşımları geliştirilmiştir.

Al gibi elementler, sn, Titanyum alaşımlarının yeniden kristalleşme sıcaklığını arttırmak için Zr ve Zr eklenir, Mo gibi unsurlar ise, W, Not, Fe, Titanyum alaşımlarının yüksek sıcaklık dayanımını arttırmak için Cr ve Cr eklenir. Yüksek sıcaklık mukavemeti, çok fazlı oluşum ve bileşik fazların oluşturulması yoluyla önemli ölçüde iyileştirilmiştir., Maksimum çalışma sıcaklığının 350°C'den 600°C'ye yükseltilmesi. Masa 1 farklı servis sıcaklıkları için tipik titanyum alaşımlarını listeler.

Masa 1

Sıcaklık	Titanyum Alaşımları
350°C	Ti-64, OT4, OT4-1, TC1, TC2, TCA
400°C	Ti-6246, IMI550, Ti-17, ET6, BT22, TC17, TC18
450°C	IMI679, İle ilgili 811, BT3-1, BT8M, TC6
500°C	TMI685, T-6242, BT9, BT20, TA7?, TA15, TC11
550°C	Ti-6242S, 1M418 29, BT25Y, TA12
600°C	TMI834, Ti-1100, ET18Y, BT36, Ti60, Ti600B, Ti62421S
650°C	Ti-25Al-10Nb-3V1Mo, Ti65, TD3(Ti Al), RTi 6431S

Son yıllarda, Çeşitli ülkelerde kullanıma sunulan veya geliştirilmekte olan 600°C yüksek sıcaklıktaki titanyum alaşımlarının çoğu Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si sistem alaşımlarından türetilmektedir.. Bunlar yakın α tipi yüksek sıcaklık titanyum alaşımlarıdır.. Sn gibi unsurları ekleyerek, Zr, Ay, ve Si'den titanyum alaşımlarına, Al'ın katı çözelti güçlendirme etkisinden tam olarak yararlanılır. Masa 2 600°C ve üzeri sıcaklıklara dayanabilen tipik yüksek sıcaklık titanyum alaşımlarının nominal bileşimlerini ve özelliklerini listeler.

Masa 2

Alaşım	Nominal Kompozisyon	Sıcaklık (°C)
IMI834	Ti-5.8Al-4Sn-3.3Zr-0.5Ay-0.7Not-0.35Ve-0.06C	1045±10
Ti-1100	Ti-6Al-2.75Sn-4Zr-0.4Ay-0.45Ve	1015
BT36	Ti-6.2Al-2Sn-3.6Zr-0.7Pzt-5W-0.1e-0.15S	1015±10
Ti-600	Ti-6Al-2.8Sn-4Zr-0.4Ay-0.45Ve-0.1e	1010
Ti-60	Ti-5.6Al-4.8Sn-2Zr-1Mo-0.35Si-1Nd	1025
Ti-65	Ti-6Al-4Sn-4Zr-0.5Ay-0.4Nb-2.5Ta-0.4Ve-0.06C	1050±15
BT-62421S	Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Nb-1Mo-0.2Ve	1005±5
BTi-6431S	Ti-6.5Al-3Sn-3Zr-3Nb-3Mo-1W-0.2Ve	–

600°C Yüksek Sıcaklık Titanyum Alaşımlarının Özellikleri

600°C'ye dayanabilen yüksek sıcaklık titanyum alaşımlarının belirli miktarda Al gibi güçlü α-stabilize edici elementler içerdiği görülebilir., Sn ve Zr gibi nötr elementler, ve az miktarda (<4%) β-stabilize edici elementlerin. Al, yüksek sıcaklıktaki titanyum alaşımlarındaki en önemli alaşım elementidir.. Fakat, Ti3Al'in çökelmesini önlemek için(a2) alaşımı kırılganlaştırabilecek faz, alüminyum eşdeğeri genellikle aşağıda kontrol edilir 8%.

Sn ve Zr ilavesi, Ti-Al sistem alaşımlarının sünekliğini önemli ölçüde azaltmadan sürünme direncini artırabilir.. Az miktarda β-stabilize edici elementler α fazının oluşumunu yavaşlatabilir ve ayrıca alaşımın proses plastisitesini iyileştirebilir. Aralarında, Mo, yüksek sıcaklık titanyum alaşımlarında en yaygın kullanılan β-stabilize edici elementtir.. Az miktarda Mo eklenmesi (<1%) alaşıma iyi yüksek sıcaklıkta sürünme performansı ve termal stabilite sağlar. Mo ayrıca yüksek sıcaklık titanyum alaşımlarında β fazını güçlendirebilir. Si, titanyum alaşımlarının termal mukavemetini artıran önemli unsurlardan biridir.. Yüksek sıcaklık titanyum alaşımları genellikle %0,1~%0,5 Si içerir, alaşımların yüksek sıcaklıkta sürünme direncini önemli ölçüde artırabilen.

IMI834 Alaşımı

IMI834 alaşımı, IMI685 alaşımının bileşimine dayanarak İngiltere'de geliştirildi, içerir 0.5% Mo ve 0.7% Not. Bu eklemeler, termal kararlılığından ödün vermeden alaşımın gücünü maksimuma çıkarır. eklenmesi 0.06% C, iki fazlı bölgenin işleme penceresini genişletir, mikro yapıyı optimize eder, ve birincil α fazının içeriğini etkili bir şekilde kontrol eder. Birincil α fazının içeriğini ve boyutunu kontrol ederek, silisit parçacıkları, ve uygun ısıl işlem rejimleri yoluyla sıralı α fazı, IMI834 alaşımı oda sıcaklığında iyi bir dayanıklılık gösterir, yüksek sürünme mukavemeti, iyi yorulma mukavemeti, ve kaynak performansı. IMI834 alaşımı çeşitli motorlarda uygulanmıştır, yüksek basınçlı kompresör tekerlekleri gibi, davul, ve B777 uçağındaki Trent700 motorunun arka milleri, EJ200 motorun yüksek basınçlı kompresör rotoru, ve Pratt'ın PW350 motoru & Whitney.

Ti-1100 Alaşımı

Ti-1100 alaşımı, Amerika Birleşik Devletleri'nde Ti-6242S alaşımının bileşimine dayanarak geliştirildi, Al içeriğini ayarlar, sn, Ay, ve Si elemanları. O kütle oranının daha az olmasını gerektirir 0.07% ve Fe kütle fraksiyonunun daha az olması 0.02%. Safsızlık elementi içeriğinin azaltılması, alaşımın sürünme direnci ve termal stabilitesi için faydalıdır. Ti-1100 alaşımı Amerikan Uzay Mekiğinin termal koruma sisteminde uygulandı, X-33 tek aşamalı yörüngeye roket aracının rüzgar altı tarafındaki geniş alanlı termal koruma sistemi, ve T55-712 modifiye motorunun yüksek basınçlı kompresör tekerlekleri ve düşük basınçlı türbin kanatları.

BT25Y Alaşımı

BT25 alaşımına dayalı olarak Rusya'da geliştirildi, BT25Y (Ti-6.5Al-1.8Sn-3.8Zr-4Mo-1W-0.18Ve) alaşımın β-dönüşüm sıcaklığı vardır (970±15)°C'de uzun süre kullanılabilir. 450, Rusya BT18Y'nin kullanılmasını öneriyor (Ti-6.5Al-2.5Sn-4Zr-0.71 Nb'de-0.25Ve) alaşım. Yeni geliştirilen BT36 alaşımı şunları içerir: 5% W ve 0.1% e, Cr içeren alaşımlara kıyasla daha iyi termal stabilite ve termal mukavemet sergileyen W içeren alaşımlar ile, 600°C'de uzun süreli kullanıma olanak sağlar.

Ti-60 ve Ti-600 Alaşımları

Çin, Ti-60 ve Ti-600 alaşımlarını geliştirdi, nadir toprak elementleri içeren ve 600°C uygulamalar için yüksek sıcaklıkta titanyum alaşımları olan. Önceki içerir 1% Nd, ikincisi içerirken 0.1% e. Eser miktarda nadir toprak elementlerinin eklenmesi tane yapısını iyileştirebilir, alaşımın plastisitesini ve termal stabilitesini önemli ölçüde artırır. Ti-60 alaşımında, Al'ın içindekiler, Ve, ve Sn alaşım elementleri Ti-55 alaşımındakilerden daha yüksektir, alaşımın termal mukavemetini daha da arttırmak.

eklenmesi 1% Nd mikro yapıyı iyileştirir ve oksidasyon direncini artırır, 600°C'de termal güç ve termal stabilitenin optimum eşleşmesiyle sonuçlanır. Çin'de geliştirilen Ti-600 alaşımı endüstriyel ölçeğe ulaştı, oda sıcaklığında ve yüksek sıcaklıkta mekanik özellikleri diğer 600°C yüksek sıcaklıktaki titanyum alaşımlarıyla karşılaştırılabilir (IMI834, Ti-1100, BT36) dünya çapında. Sürünme performansı avantajı önemlidir, sonrasında yalnızca %0,06~%0,10 artık deformasyonla 100 saat 600°C'de ve 150 MPa gerilimi.

Ti65 Alaşımı

Ti65 alaşımı, Çin'de geliştirildi, toplam alaşım elementi içeriğine yaklaşan, yüksek alaşımlı, yüksek sıcaklıkta titanyum alaşımıdır. 18%. α+β iki fazlı bölgede daha düşük bir sıcaklıkta dövme ve α+β iki fazlı bölgede daha yüksek bir sıcaklıkta çözelti işleme tabi tutularak, iki modlu bir mikro yapı elde edilir, az miktarda küresel birincil α fazı ile (5%~%) β-dönüşüm yapısının matrisi üzerinde. Bu, termal kararlılığın en iyi eşleşmesini sağlar, sürünme direnci, ve yorulma performansı, 650°C'ye kadar sıcaklıklarda uzun süreli kullanıma izin verir. Maksimum söndürülebilir kesit kalınlığı 80 mm'ye ulaşabilir, ve alaşım iyi dövülebilirlik sergiler, kaynaklanabilirlik, ve oksidasyon direnci.

BTi-62421S Alaşım

BTi-62421S, yüksek alüminyum eşdeğerine sahip, α'ya yakın bir titanyum alaşımıdır. α-tipi titanyum alaşımlarının mükemmel termal mukavemetini ve kaynaklanabilirliğini, α+β titanyum alaşımlarına yaklaşan süneklik ile birleştirir., ve 550~650°C gibi yüksek bir servis sıcaklığı aralığına sahiptir.. TA19 ile karşılaştırıldığında (Ti-6242S) titanyum alaşımı, BTi-62421S, TA19'daki 1Mo'yu 2Nb ile değiştirdi, molibden eşdeğerini hafifçe azaltarak alaşımın yüksek sıcaklıkta oksidasyon direncini artırır. Yüksek sıcaklıkta sürünme direnci, uzun vadeli güç, ve 550°C'deki termal stabilite TA19 alaşımından üstündür.

BTi-6431S Alaşım

BTi-6431S, alüminyum eşdeğerine sahip martensitik α+β iki fazlı titanyum alaşımıdır. 9.0 ve bir molibden eşdeğeri 4.6. 650°C gibi yüksek bir kullanım sıcaklığı aralığına sahiptir ve BT18Y alaşımından üstündür..