1. Korkean lämpötilan{1}}titaaniseosten keskeiset suorituskykyvaatimukset
Voiman säilyttäminen: Säilytä riittävä veto- ja myötölujuus tavoitelämpötiloissa ilman merkittävää hajoamista.
Rypymisen vastustuskyky: Minimoi pysyvä muodonmuutos pitkäaikaisessa-staattisessa tai syklisessä kuormituksessa korkeissa lämpötiloissa (avainvirhetila korkean lämpötilan rakenneosille).
Hapettumiskestävyys: Muodosta tiheä, stabiili oksidikalvo estämään vakavaa hapettumista ja hilseilyä korkean-lämpötiloissa tai syövyttävässä ympäristössä.
Mikrorakenteen stabiilius: Vältä faasimuutoksia (esim. → faasimuutoksia tai hauraiden metallien välisten faasien saostumista), jotka voivat heikentää suorituskykyä pitkäaikaisen -lämpötila-altistuksen aikana.
2. Ensisijaiset korkean lämpötilan-titaaniseokset 400 asteen + huoltoon
2.1 Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Ti-6242)
Kemiallinen koostumus ja mikrorakenne: Se sisältää alumiinia (-stabilisaattori), tinaa (neutraali lujite), zirkoniumia (raejauhija) ja molybdeeniä (kohtalainen -stabilisaattori). Sen mikrorakenne koostuu ensisijaisesta -faasimatriisista, jossa on pieni osa --faasista (5–10 %) raerajoilla, mikä varmistaa sekä korkean -lämpötilojen vakauden että kohtuullisen sitkeyden.
Korkean{0}}lämpötilojen suorituskyky:
450 asteessa sen vetolujuus pysyy yli 700 MPa (verrattuna<600 MPa for Grade 5 at the same temperature), and its yield strength exceeds 600 MPa.
Sillä on erinomainen virumisvastus: 300 MPa:n jännityksessä 450 asteessa virumisvenymänopeus on alle 1 × 10^-7/h, paljon pienempi kuin asteen 5 (joka ylittää 1 × 10^-5/h samoissa olosuhteissa).
Sen hapettumiskestävyys on parempi kuin luokka 5: 1000 tunnin altistuksen jälkeen 500 asteessa oksidikerroksen paksuus on vain ~ 15 μm, ilman halkeilua tai sisäistä hapettumista.
Sovellusskenaariot: Käytetään laajalti lentokoneiden-moottoreiden osissa, kuten kompressorin siivissä (matala----keskipaineiset vaiheet), ohjaussiipissä ja pakoputkissa sekä korkean-lämpötilojen rakenneosissa kaasuturbiinien ja rakettimoottorien polttoainejärjestelmän osissa.
2.2 Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Ti-6246)
Kemiallinen koostumus ja mikrorakenne: Siinä on samat peruselementit kuin Ti-6242:ssa, mutta korkeampi molybdeenipitoisuus (6 % vs Sen mikrorakenteessa on tasaakseliset rakeet ja -faasimatriisi, jossa on hienojakoisia sakkaa vanhentamisen jälkeen.
Korkean{0}}lämpötilojen suorituskyky:
500 asteessa sen vetolujuus on ~ 650 MPa ja myötöraja ~ 580 MPa, joten se on 10–15 % vahvempi kuin Ti-6242 tässä lämpötilassa.
Sen virumiskestävyys on erinomainen: 250 MPa:n jännityksessä 500 asteessa 1000{4}}tunnin virumisen muodonmuutos on alle 0,1 %, mikä täyttää suuren -kuorman lentokoneen moottorikomponenttien vaatimukset.
Hapettumisenkestävyys on verrattavissa Ti-6242:een, ja suojaava oksidikerros muodostuu jopa 550 asteen lämpötiloissa lyhytaikaista käyttöä varten.
Sovellusskenaariot: Käytetään pääasiassa korkean-rasituspaineen-moottoreiden komponentteihin, mukaan lukien korkeapaineisiin-kompressorilevyt, roottorin akselit ja turbiinin siipien juuret (moottoreille, joiden turbiinin tulolämpötila on alle 600 astetta), sekä yliäänikoneiden rakenneosissa.
2.3 Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr (Ti-52244)
Kemiallinen koostumus ja mikrorakenne: Se sisältää runsaasti -stabilisaattoreita (molybdeeni ja kromi), jotka säilyttävät metastabiilin -faasimatriisin huoneenlämpötilassa ja muodostavat hienoja saostumia vanhenemisen aikana. Seoksella on yhtenäinen, ei--suuntautunut mikrorakenne, jossa ei ole raerajojen haurastumista.
Korkean{0}}lämpötilojen suorituskyky:
450 asteen kulmassa sen vetolujuus saavuttaa ~ 750 MPa, ja se ylläpitää suurta väsymislujuutta (suurempi tai yhtä suuri kuin 350 MPa syklisessä kuormituksessa), ylittää lähes - metalliseokset dynaamisissa kuormitusskenaarioissa.
Sen virumisvastus riittää 450 asteen käyttöön (virumisjännitys<0.2% at 300 MPa for 1000 hours) and it has good oxidation resistance in air, with minimal scaling up to 500°C.
Sovellusskenaariot: Ihanteellinen hitsatuille korkean -lämpötilojen komponenteille, kuten lentokoneiden-pakoputkistoille, lentokoneiden jälkipolttimen rakenteille ja korkean-lämpötilojen painesäiliöille kemiallisissa käsittelylaitoksissa (korroosiota aiheuttaville korkean lämpötilan-väliaineille).
2.4 Ti-1100 (Ti-6Al-2.75Sn-4Zr-0.4Mo-0.45Si)
Kemiallinen koostumus ja mikrorakenne: Se sisältää piitä (virumisenkestävä-elementti, joka muodostaa hienoja silisidisaostumia) parantaakseen korkean-lämpötilojen virumista. Sen mikrorakenne on primaarinen -faasimatriisi, jossa on dispergoituja silisidipartikkeleita ja jälki{4}}faasi, joka varmistaa pitkän-mikrorakenteen stabiilisuuden 600 asteessa.
Korkean{0}}lämpötilojen suorituskyky:
550 asteen kulmassa sen vetolujuus on ~ 680 MPa ja sen virumiskestävyys on vertaansa vailla titaaniseosten joukossa: 200 MPa:n jännityksessä 600 asteessa 1000 tunnin virumisen muodonmuutos on<0.15%.
Sen hapettumiskestävyyttä parantaa Si--rikkaan oksidikerroksen muodostuminen, mikä estää hapen diffuusion lisäämistä. 500 tunnin jälkeen 600 asteessa oksidikerros pysyy tiheänä ja tarttuvana.
Sovellusskenaariot: Varattu edistyneille aero-moottoreiden korkeapaine-kompressorikomponenteille (korkea-työntövoimamoottoreille), hypersonic ajoneuvojen lämpörakenteiden osille ja korkean-lämpötilojen komponenteille avaruuspropulsiojärjestelmissä (joissa painonpudotus on kriittistä ja nikkeli-pohjaiset superseokset liian raskaita).
3. Korkean lämpötilan{1}}titaaniseosten valintaohjeet
400-450 asteen palveluun: Ti-6242 on kustannustehokas valinta, joka tasapainottaa suorituskyvyn ja valmistettavuuden useimmissa lentokonemoottoreissa ja teollisuussovelluksissa.
450-550 asteen palveluun: Ti-6246 on parempi lujuusvaatimuksiin, kun taas Ti-52244 on optimaalinen hitsatuille komponenteille.
550-600 asteen palveluun: Ti-1100 on ainoa käyttökelpoinen titaaniseosvaihtoehto, vaikka se vaatii erityistä lämpökäsittelyä ja sen tuotantokustannukset ovat korkeammat (-alennus sen suorituskyvystä äärimmäisen korkeissa lämpötiloissa).
4. Rajoitukset ja lisähuomautukset
Titaaniseoksia ei yleensä suositella jatkuvaan käyttöön yli 600 asteen lämpötilassa, koska niiden hapettumiskestävyys ja virumiskyky heikkenevät nopeasti (nikkeli-pohjaisista superseoksista tulee ensisijainen vaihtoehto 600 asteen + ultra{4}}korkean{5}}lämpötilan olosuhteissa).
Syövyttävässä ympäristössä (esim. rikki- tai kloridikontaminaatioissa) korkean lämpötilan{0}}käyttöä varten voidaan käyttää pintapinnoitteita (esim. aluminidi- tai silisidipinnoitteita) näiden seosten hapettumisen ja korroosionkestävyyden parantamiseksi.
