โลหะผสมไทเทเนียมที่แนะนำสำหรับอุณหภูมิสูง-

1. ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพหลักสำหรับโลหะผสมไทเทเนียมที่มีอุณหภูมิสูง-

การเก็บรักษาความแข็งแรง: รักษาแรงดึงและความแข็งแรงของผลผลิตให้เพียงพอที่อุณหภูมิเป้าหมายโดยไม่มีการย่อยสลายอย่างมีนัยสำคัญ

ต้านทานการคืบคลาน: ลดการเสียรูปถาวรให้เหลือน้อยที่สุดภายใต้-โหลดคงที่หรือโหลดเป็นรอบในระยะยาวที่อุณหภูมิสูง (โหมดความล้มเหลวที่สำคัญสำหรับส่วนประกอบโครงสร้างที่มีอุณหภูมิสูง-)

ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชัน: สร้างฟิล์มออกไซด์ที่หนาแน่นและเสถียรเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันอย่างรุนแรงและการเกิดตะกรันใน-อากาศที่มีอุณหภูมิสูงหรือบรรยากาศที่มีฤทธิ์กัดกร่อน

ความเสถียรของโครงสร้างจุลภาค: หลีกเลี่ยงการเปลี่ยนเฟส (เช่น → การเปลี่ยนเฟสหรือการตกตะกอนของเฟสอินเทอร์เมทัลลิกที่เปราะ) ซึ่งอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงานระหว่างการสัมผัสอุณหภูมิสูง-เป็นเวลานาน

2. โลหะผสมไทเทเนียมอุณหภูมิสูง-หลักสำหรับอุณหภูมิ 400 องศา + การบริการ

2.1 Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Ti-6242)

องค์ประกอบทางเคมีและโครงสร้างจุลภาค: ประกอบด้วยอะลูมิเนียม ( -สารทำให้เสถียร), ดีบุก (สารทำให้เสถียรที่เป็นกลาง), เซอร์โคเนียม (สารทำให้เสถียรของเมล็ดพืช) และโมลิบดีนัม (สารทำให้เสถียร - ระดับปานกลาง) โครงสร้างจุลภาคประกอบด้วยเฟสเมทริกซ์ - หลักที่มีเศษส่วนเล็กน้อยของเฟส - (5–10%) ที่ขอบเขตเกรน ทำให้มั่นใจได้ถึงความเสถียรของอุณหภูมิสูง-และความเหนียวปานกลาง

ประสิทธิภาพที่อุณหภูมิสูง-:

ที่ 450 องศา ความต้านทานแรงดึงยังคงสูงกว่า 700 MPa (เทียบกับ<600 MPa for Grade 5 at the same temperature), and its yield strength exceeds 600 MPa.

มีความต้านทานการคืบคลานที่ดีเยี่ยม: ภายใต้ความเครียด 300 MPa ที่ 450 องศา อัตราความเครียดของการคืบจะน้อยกว่า 1×10^-7/ชม. ซึ่งต่ำกว่าเกรด 5 มาก (ซึ่งเกิน 1×10^-5/ชม. ภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน)

ความต้านทานการเกิดออกซิเดชันนั้นเหนือกว่าเกรด 5: หลังจากสัมผัส 1,000 ชั่วโมงที่ 500 องศา ความหนาของชั้นออกไซด์จะอยู่ที่ ~15 μm เท่านั้น โดยไม่มีการหลุดร่อนหรือออกซิเดชันภายใน

สถานการณ์การใช้งาน: ใช้กันอย่างแพร่หลายในส่วนประกอบของเครื่องยนต์ทางอากาศ- เช่น ใบพัดของคอมเพรสเซอร์ (ช่วงแรงดันต่ำ-ถึง- ปานกลาง) ใบพัดนำทาง และปลอกท่อไอเสีย รวมถึง-ชิ้นส่วนโครงสร้างอุณหภูมิสูงสำหรับกังหันก๊าซและส่วนประกอบระบบเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์จรวด

2.2 Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Ti-6246)

องค์ประกอบทางเคมีและโครงสร้างจุลภาค: มีองค์ประกอบพื้นฐานเหมือนกับ Ti-6242 แต่มีปริมาณโมลิบดีนัมสูงกว่า (6% เทียบกับ. 2% ใน Ti-6242) เพิ่มเศษส่วนของเฟส (10–15%) และเพิ่มการตกตะกอนให้แข็งแกร่งขึ้นในระหว่างการอบชุบด้วยความร้อน โครงสร้างจุลภาคประกอบด้วยเกรนที่เท่ากันและเมทริกซ์เฟสที่มีการตกตะกอนละเอียดหลังการบ่ม

ประสิทธิภาพที่อุณหภูมิสูง-:

ที่ 500 องศา ความต้านทานแรงดึงอยู่ที่ ~650 MPa และความแข็งแรงของผลผลิตอยู่ที่ ~580 MPa ทำให้มีความแข็งแรงกว่า Ti-6242 ถึง 10-15% ที่อุณหภูมินี้

ความต้านทานการคืบคลานมีความโดดเด่น: ต่ำกว่า 250 MPa ความเค้นที่ 500 องศา การเปลี่ยนรูปของการคืบคลานใน 1000- ชั่วโมงนั้นน้อยกว่า 0.1% ซึ่งเป็นไปตามข้อกำหนดของส่วนประกอบเครื่องยนต์อากาศยานที่รับภาระสูง-

ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันเทียบได้กับ Ti-6242 โดยมีชั้นออกไซด์ป้องกันก่อตัวที่อุณหภูมิสูงถึง 550 องศาสำหรับการบริการระยะสั้น

สถานการณ์การใช้งาน: ใช้เป็นหลักสำหรับส่วนประกอบเครื่องยนต์-อากาศความเครียดสูง- รวมถึงจานคอมเพรสเซอร์แรงดันสูง- เพลาโรเตอร์ และรากใบพัดกังหัน (สำหรับเครื่องยนต์ที่มีอุณหภูมิขาเข้าของกังหันต่ำกว่า 600 องศา ) รวมถึงชิ้นส่วนโครงสร้างสำหรับเครื่องบินความเร็วเหนือเสียง

2.3 Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr (Ti-52244)

องค์ประกอบทางเคมีและโครงสร้างจุลภาค: ประกอบด้วย -สารคงตัว (โมลิบดีนัมและโครเมียม) ในระดับสูง ซึ่งคงเมทริกซ์เฟส - ที่สามารถแพร่กระจายได้ที่อุณหภูมิห้อง และก่อตัวเป็นตะกอนละเอียดในระหว่างอายุ โลหะผสมมีโครงสร้างจุลภาคที่ไม่มีทิศทาง-สม่ำเสมอ และไม่มีขอบเขตของเกรนที่เปราะ

ประสิทธิภาพที่อุณหภูมิสูง-:

ที่ 450 องศา ความต้านทานแรงดึงจะสูงถึง ~750 MPa และรักษาความต้านทานความล้าได้สูง (มากกว่าหรือเท่ากับ 350 MPa ภายใต้การโหลดแบบไซคลิก) ซึ่งมีประสิทธิภาพเหนือกว่าอัลลอยด์ที่อยู่ใกล้ - ในสถานการณ์การโหลดแบบไดนามิก

ความต้านทานการคืบคลานเพียงพอสำหรับการให้บริการ 450 องศา (ความเครียดคืบ<0.2% at 300 MPa for 1000 hours) and it has good oxidation resistance in air, with minimal scaling up to 500°C.

สถานการณ์การใช้งาน: เหมาะสำหรับการเชื่อมส่วนประกอบที่มีอุณหภูมิสูง- เช่น ท่อร่วมไอเสียของเครื่องยนต์- ท่อร่วมไอเสียของเครื่องยนต์ โครงสร้างเครื่องเผาทำลายหลังเครื่องบิน และ-ภาชนะรับความดันอุณหภูมิสูงในโรงงานแปรรูปสารเคมี (สำหรับตัวกลางที่มีอุณหภูมิสูง-ที่มีฤทธิ์กัดกร่อน)

2.4 Ti-1100 (Ti-6Al-2.75Sn-4Zr-0.4Mo-0.45Si)

องค์ประกอบทางเคมีและโครงสร้างจุลภาค: ประกอบด้วยซิลิคอน (องค์ประกอบต้านทานการคืบ-ที่ก่อให้เกิดการตกตะกอนของซิลิไซด์ที่ละเอียด) เพื่อเพิ่ม-ประสิทธิภาพการคืบที่อุณหภูมิสูง โครงสร้างจุลภาคของมันคือ-เฟสเมทริกซ์หลักที่มีอนุภาคซิลิไซด์กระจายตัวและมีเฟสติดตาม - ซึ่งทำให้มั่นใจได้ถึงความเสถียรของโครงสร้างจุลภาคในระยะยาว-ที่ 600 องศา

ประสิทธิภาพที่อุณหภูมิสูง-:

ที่ 550 องศา ความต้านทานแรงดึงอยู่ที่ ~680 MPa และความต้านทานการคืบของโลหะผสมไททาเนียมไม่มีผู้ใดเทียบได้: ต่ำกว่า 200 MPa ความเค้นที่ 600 องศา การเปลี่ยนรูปการคืบเป็นเวลา 1,000 ชั่วโมง<0.15%.

ความต้านทานต่อออกซิเดชันของมันเพิ่มขึ้นโดยการก่อตัวของชั้นออกไซด์ของ Si- ซึ่งยับยั้งการแพร่กระจายของออกซิเจนเพิ่มเติม หลังจากผ่านไป 500 ชั่วโมงที่ 600 องศา ชั้นออกไซด์จะยังคงหนาแน่นและเกาะติดกัน

สถานการณ์การใช้งาน: สงวนไว้สำหรับส่วนประกอบคอมเพรสเซอร์แรงดันสูง-เครื่องยนต์อากาศขั้นสูง- (สำหรับเครื่องยนต์ที่มีแรงขับสูง-) ชิ้นส่วนโครงสร้างความร้อนของยานพาหนะที่มีความเร็วเหนือเสียง และส่วนประกอบที่มีอุณหภูมิสูง-ในระบบขับเคลื่อนในอวกาศ (ในกรณีที่การลดน้ำหนักเป็นสิ่งสำคัญและซูเปอร์อัลลอยที่มีนิกเกิล-นั้นหนักเกินไป)

3. แนวทางการเลือกสำหรับโลหะผสมไทเทเนียมที่มีอุณหภูมิสูง-

สำหรับบริการ 400–450 องศา: Ti-6242 เป็นตัวเลือกที่คุ้มค่า- มีความสมดุลระหว่างประสิทธิภาพและความสามารถในการผลิตสำหรับเครื่องยนต์อากาศยานและการใช้งานในอุตสาหกรรมส่วนใหญ่

สำหรับการบริการระดับ 450–550: Ti-6246 เหมาะที่สุดสำหรับความต้องการความแข็งแรงสูง ในขณะที่ Ti-52244 เหมาะที่สุดสำหรับส่วนประกอบที่มีการเชื่อม

สำหรับการบริการระดับ 550–600: Ti-1100 เป็นตัวเลือกโลหะผสมไทเทเนียมเพียงตัวเลือกเดียวที่ใช้งานได้ แม้ว่าจะต้องใช้ความร้อนแบบพิเศษและมีต้นทุนการผลิตที่สูงกว่า (แลก-ส่วนลดสำหรับประสิทธิภาพที่อุณหภูมิสูงมาก)

4. ข้อจำกัดและหมายเหตุเสริม

โดยทั่วไปไม่แนะนำให้ใช้โลหะผสมไทเทเนียมสำหรับการบริการต่อเนื่องที่สูงกว่า 600 องศา เนื่องจากความต้านทานต่อออกซิเดชันและประสิทธิภาพการคืบลดลงอย่างรวดเร็ว (ซูเปอร์อัลลอยด์ที่มีนิกเกิล- กลายเป็นทางเลือกหลักสำหรับสภาวะอุณหภูมิสูง 600 องศา + พิเศษ-สูง-

สำหรับการให้บริการที่อุณหภูมิสูง-ในบรรยากาศที่มีฤทธิ์กัดกร่อน (เช่น มีการปนเปื้อนของซัลเฟอร์หรือคลอไรด์) การเคลือบพื้นผิว (เช่น การเคลือบอลูมิไนด์หรือซิลิไซด์) สามารถนำไปใช้เพื่อเพิ่มความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อนของโลหะผสมเหล่านี้เพิ่มเติม