1. Ključne zahteve glede učinkovitosti za visoko{1}}temperaturne titanove zlitine
Zadrževanje moči: Ohranite zadostno natezno trdnost in mejo tečenja pri ciljnih temperaturah brez znatnega poslabšanja.
Odpornost proti lezenju: Zmanjšajte trajno deformacijo pod dolgotrajnimi-statičnimi ali cikličnimi obremenitvami pri visokih temperaturah (ključni način odpovedi za visoko-temperaturne strukturne komponente).
Odpornost proti oksidaciji: Ustvarite gost, stabilen oksidni film, da preprečite hudo oksidacijo in nabiranje vodnega kamna v visoko-temperaturnem zraku ali jedkih atmosferah.
Mikrostrukturna stabilnost: Izogibajte se faznim transformacijam (npr. → fazni prehod ali izločanje krhkih intermetalnih faz), ki bi lahko ogrozile delovanje med dolgotrajno izpostavljenostjo visokim-temperaturam.
2. Primarne visoko{1}}temperaturne titanove zlitine za 400 stopinj + storitev
2.1 Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Ti-6242)
Kemična sestava in mikrostruktura: Vsebuje aluminij (-stabilizator), kositer (nevtralni ojačevalec), cirkonij (prečiščevalec zrn) in molibden (zmeren -stabilizator). Njegova mikrostruktura je sestavljena iz primarne -fazne matrice z majhnim deležem -faze (5–10 %) na mejah zrn, kar zagotavlja visoko-temperaturno stabilnost in zmerno duktilnost.
Zmogljivost pri visokih-temperaturah:
Pri 450 stopinjah njegova natezna trdnost ostane nad 700 MPa (v primerjavi z<600 MPa for Grade 5 at the same temperature), and its yield strength exceeds 600 MPa.
Izkazuje odlično odpornost proti lezenju: pod obremenitvijo 300 MPa pri 450 stopinjah je stopnja deformacije lezenja manjša od 1×10^-7/h, kar je veliko nižje od stopnje 5 (ki presega 1×10^-5/h pod enakimi pogoji).
Njegova odpornost proti oksidaciji je boljša od stopnje 5: po 1000 urah izpostavljenosti pri 500 stopinjah je debelina oksidne plasti le ~15 μm, brez lomljenja ali notranje oksidacije.
Scenariji uporabe: Pogosto se uporablja v sestavnih delih letalskih-motorjev, kot so lopatice kompresorjev (nizko-do -srednjetlačne stopnje), vodilne lopatice in ohišja izpušnih plinov, kot tudi visoko{3}}temperaturni strukturni deli za plinske turbine in komponente gorivnega sistema raketnih motorjev.
2.2 Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Ti-6246)
Kemična sestava in mikrostruktura: Ima enake osnovne elemente kot Ti-6242, vendar z višjo vsebnostjo molibdena (6% proti . 2% v Ti-6242), povečuje delež -faze (10–15%) in krepi obarjanje med toplotno obdelavo. Njegovo mikrostrukturo sestavljajo enakoosna zrna in -fazna matrika s finimi oborinami po staranju.
Zmogljivost pri visokih-temperaturah:
Pri 500 stopinjah je njegova natezna trdnost ~650 MPa, meja tečenja pa ~580 MPa, zaradi česar je pri tej temperaturi 10–15 % močnejši od Ti-6242.
Njegova odpornost proti lezenju je izjemna: pod obremenitvijo 250 MPa pri 500 stopinjah je 1000-urna deformacija lezenja manjša od 0,1 %, kar izpolnjuje zahteve visoko-obremenjenih komponent letalskega motorja.
Odpornost proti oksidaciji je primerljiva s Ti-6242, z zaščitno oksidno plastjo, ki se tvori pri temperaturah do 550 stopinj za kratkotrajno uporabo.
Scenariji uporabe: Uporablja se predvsem za-komponente letalskih-motorjev z visokim-napetostjo, vključno z visoko{2}}kompresorskimi diski, rotorskimi gredmi in koreni turbinskih lopatic (za motorje z vstopno temperaturo turbine pod 600 stopinj), kot tudi strukturne dele za nadzvočna letala.
2.3 Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr (Ti-52244)
Kemična sestava in mikrostruktura: Vsebuje visoko vsebnost -stabilizatorjev (molibden in krom), ki ohranjajo metastabilno -fazno matriko pri sobni temperaturi in med staranjem tvorijo fine oborine. Zlitina ima enakomerno, ne-usmerjeno mikrostrukturo brez krhkosti meja zrn.
Zmogljivost pri visokih-temperaturah:
Pri 450 stopinjah njegova natezna trdnost doseže ~750 MPa in ohranja visoko odpornost proti utrujanju (večja ali enaka 350 MPa pri ciklični obremenitvi), s čimer prekaša skoraj - zlitine v scenarijih dinamične obremenitve.
Njegova odpornost proti lezenju zadostuje za 450 stopinjsko delovanje (obremenitev lezenja<0.2% at 300 MPa for 1000 hours) and it has good oxidation resistance in air, with minimal scaling up to 500°C.
Scenariji uporabe: Idealno za varjene visoko{0}}temperaturne komponente, kot so izpušni kolektorji letalskih-motorjev, strukture za naknadno zgorevanje letal in visoko{2}}temperaturne tlačne posode v obratih za kemično predelavo (za korozivne visoko{3}}temperaturne medije).
2.4 Ti-1100 (Ti-6Al-2,75Sn-4Zr-0,4Mo-0,45Si)
Kemična sestava in mikrostruktura: Vsebuje silicij (element,-odporen proti lezenju, ki tvori fine silicidne oborine) za izboljšanje učinkovitosti lezenja pri visokih-temperaturah. Njegova mikrostruktura je primarna -fazna matrika z razpršenimi delci silicida in -faza v sledovih, kar zagotavlja dolgoročno-mikrostrukturno stabilnost pri 600 stopinjah.
Zmogljivost pri visokih-temperaturah:
Pri 550 stopinjah je njegova natezna trdnost ~680 MPa, njena odpornost proti lezenju pa je neprimerljiva med titanovimi zlitinami: pod napetostjo 200 MPa pri 600 stopinjah je 1000-urna deformacija lezenja<0.15%.
Njegova odpornost proti oksidaciji je povečana s tvorbo oksidne plasti, bogate s Si-, ki zavira nadaljnjo difuzijo kisika; po 500 urah pri 600 stopinjah oksidna plast ostane gosta in oprijeta.
Scenariji uporabe: Rezervirano za visokotlačne-kompresorske komponente naprednih letalskih-motorjev (za visoko-potisne motorje), hiperzvočne toplotne strukturne dele vozil in visoko-temperaturne komponente v vesoljskih pogonskih sistemih (kjer je zmanjšanje teže kritično in so superzlitine na osnovi niklja-pretežke).
3. Izbirne smernice za visoko{1}}temperaturne titanove zlitine
Za storitev 400–450 stopinj: Ti-6242 je stroškovno-učinkovita izbira, ki uravnoteži zmogljivost in možnost izdelave za večino letalskih motorjev in industrijskih aplikacij.
Za storitev 450–550 stopinj: Ti-6246 je prednosten za zahteve visoke trdnosti, medtem ko je Ti-52244 optimalen za varjene komponente.
Za storitev 550–600 stopinj: Ti-1100 je edina izvedljiva možnost titanove zlitine, čeprav zahteva specializirano toplotno obdelavo in ima višje proizvodne stroške (kompromis-z izjemno visokotemperaturno zmogljivostjo).
4. Omejitve in dodatne opombe
Titanove zlitine na splošno niso priporočljive za neprekinjeno uporabo nad 600 stopinjami, saj se njihova oksidacijska odpornost in zmogljivost lezenja hitro poslabšata (superzlitine na osnovi niklja- postanejo primarna alternativa za pogoje 600 stopinj + ultra-visoke-temperature).
Za uporabo pri visokih -temperaturah v jedkih atmosferah (npr. z žveplovimi ali kloridnimi kontaminanti) se lahko nanesejo površinski premazi (npr. aluminidni ali silicidni premazi), da se dodatno poveča odpornost teh zlitin proti oksidaciji in koroziji.
