1. Persyaratan Kinerja Utama untuk-Paduan Titanium Suhu Tinggi
Retensi kekuatan: Mempertahankan kekuatan tarik dan luluh yang cukup pada suhu target tanpa degradasi yang signifikan.
Resistensi mulur: Meminimalkan deformasi permanen pada-beban statis atau siklik jangka panjang pada suhu tinggi (mode kegagalan utama untuk-komponen struktur bersuhu tinggi).
Resistensi oksidasi: Membentuk lapisan oksida yang padat dan stabil untuk mencegah oksidasi parah dan kerak di udara-bersuhu tinggi atau atmosfer korosif.
Stabilitas mikrostruktur: Hindari transformasi fasa (misalnya, → transisi fasa atau pengendapan fasa intermetalik yang rapuh) yang dapat mengganggu kinerja selama paparan suhu-tinggi yang berkepanjangan.
2. Paduan Titanium Suhu Tinggi Primer-untuk 400 derajat + Servis
2.1 Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Ti-6242)
Komposisi kimia & struktur mikro: Mengandung aluminium ( -penstabil), timah (penguat netral), zirkonium (penghalus butiran), dan molibdenum (penstabil -sedang). Struktur mikronya terdiri dari matriks fase -primer dengan sebagian kecil fase -(5–10%) pada batas butir, memastikan stabilitas suhu tinggi dan keuletan sedang.
Performa-suhu tinggi:
Pada 450 derajat, kekuatan tariknya tetap di atas 700 MPa (dibandingkan dengan<600 MPa for Grade 5 at the same temperature), and its yield strength exceeds 600 MPa.
Ini menunjukkan ketahanan mulur yang sangat baik: di bawah tekanan 300 MPa pada 450 derajat, laju regangan mulur kurang dari 1×10^-7/jam, jauh lebih rendah dibandingkan Kelas 5 (yang melebihi 1×10^-5/jam dalam kondisi yang sama).
Ketahanan oksidasinya lebih unggul daripada Kelas 5: setelah 1000 jam pemaparan pada suhu 500 derajat, ketebalan lapisan oksida hanya ~15 μm, tanpa pengelupasan atau oksidasi internal.
Skenario aplikasi: Banyak digunakan pada-komponen mesin aero seperti bilah kompresor (tahap tekanan rendah-hingga-sedang), baling-baling pemandu, dan selubung pembuangan, serta bagian struktural-suhu tinggi untuk turbin gas dan komponen sistem bahan bakar mesin roket.
2.2 Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Ti-6246)
Komposisi kimia & struktur mikro: Ia memiliki elemen dasar yang sama dengan Ti-6242 tetapi dengan kandungan molibdenum lebih tinggi (6% vs. 2% dalam Ti-6242), meningkatkan fraksi -fasa (10–15%) dan meningkatkan penguatan presipitasi selama perlakuan panas. Struktur mikronya menampilkan butiran sama sumbu dan matriks -fasa dengan endapan halus setelah penuaan.
Performa-suhu tinggi:
Pada suhu 500 derajat, kekuatan tariknya ~650 MPa, dan kekuatan luluhnya ~580 MPa, menjadikannya 10–15% lebih kuat dari Ti-6242 pada suhu ini.
Ketahanan mulurnya luar biasa: di bawah tekanan 250 MPa pada 500 derajat, deformasi mulur 1000-jam kurang dari 0,1%, sehingga memenuhi persyaratan komponen mesin pesawat dengan beban tinggi.
Ketahanan terhadap oksidasi sebanding dengan Ti-6242, dengan lapisan oksida pelindung yang terbentuk pada suhu hingga 550 derajat untuk layanan jangka pendek.
Skenario aplikasi: Terutama digunakan untuk komponen mesin-aero-tekanan tinggi, termasuk-cakram kompresor bertekanan tinggi, poros rotor, dan akar bilah turbin (untuk mesin dengan suhu masuk turbin di bawah 600 derajat ), serta bagian struktural untuk pesawat supersonik.
2.3 Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr (Ti-52244)
Komposisi kimia & struktur mikro: Mengandung penstabil -tingkat tinggi (molibdenum dan kromium), yang mempertahankan matriks fase -metastabil pada suhu kamar dan membentuk endapan halus selama penuaan. Paduan ini memiliki struktur mikro non-arah yang seragam dan tidak ada penggetasan batas butir.
Performa-suhu tinggi:
Pada suhu 450 derajat, kekuatan tariknya mencapai ~750 MPa, dan mempertahankan kekuatan lelah yang tinggi (Lebih besar dari atau sama dengan 350 MPa pada pembebanan siklik), mengungguli paduan dekat- dalam skenario beban dinamis.
Ketahanan mulurnya cukup untuk servis 450 derajat (regangan mulur<0.2% at 300 MPa for 1000 hours) and it has good oxidation resistance in air, with minimal scaling up to 500°C.
Skenario aplikasi: Ideal untuk pengelasan komponen-bersuhu tinggi seperti manifold buang mesin-aero, struktur afterburner pesawat terbang, dan bejana bertekanan-bersuhu tinggi di pabrik pemrosesan kimia (untuk media-suhu tinggi yang korosif).
2.4 Ti-1100 (Ti-6Al-2.75Sn-4Zr-0.4Mo-0.45Si)
Komposisi kimia & struktur mikro: Bahan ini menggunakan silikon (elemen-tahan rambat yang membentuk endapan silisida halus) untuk meningkatkan-kinerja mulur pada suhu tinggi. Struktur mikronya adalah matriks fase -primer dengan partikel silisida terdispersi dan fase -jejak, memastikan stabilitas struktur mikro jangka panjang pada 600 derajat .
Performa-suhu tinggi:
Pada suhu 550 derajat, kekuatan tariknya ~680 MPa, dan ketahanan mulurnya tak tertandingi di antara paduan titanium: di bawah tegangan 200 MPa pada suhu 600 derajat, deformasi mulur 1000 jam adalah<0.15%.
Ketahanan oksidasinya ditingkatkan dengan pembentukan lapisan oksida kaya Si-yang menghambat difusi oksigen lebih lanjut; setelah 500 jam pada suhu 600 derajat, lapisan oksida tetap padat dan melekat.
Skenario aplikasi: Dicadangkan untuk komponen kompresor tekanan tinggi-mesin aero-yang canggih (untuk mesin-dorongan tinggi), komponen struktur termal kendaraan hipersonik, dan komponen-suhu tinggi dalam sistem propulsi ruang angkasa (di mana pengurangan berat sangat penting dan superalloy berbasis nikel-terlalu berat).
3. Pedoman Pemilihan untuk-Paduan Titanium Suhu Tinggi
Untuk layanan 400–450 derajat: Ti-6242 adalah pilihan-yang hemat biaya, menyeimbangkan kinerja dan kemampuan manufaktur untuk sebagian besar aplikasi mesin penerbangan dan industri.
Untuk layanan 450–550 derajat: Ti-6246 lebih disukai untuk kebutuhan kekuatan tinggi, sedangkan Ti-52244 optimal untuk komponen yang dilas.
Untuk layanan 550–600 derajat: Ti-1100 adalah satu-satunya pilihan paduan titanium yang layak, meskipun memerlukan perlakuan panas khusus dan memiliki biaya produksi yang lebih tinggi (pengorbanan untuk kinerja suhu tinggi yang ekstrem).
4. Batasan dan Catatan Tambahan
Paduan titanium secara umum tidak disarankan untuk digunakan terus-menerus di atas 600 derajat, karena ketahanan oksidasi dan kinerja mulurnya menurun dengan cepat (paduan super berbasis nikel menjadi alternatif utama untuk kondisi suhu 600 derajat + ultra-tinggi-suhu).
Untuk layanan-suhu tinggi di atmosfer korosif (misalnya, dengan kontaminan sulfur atau klorida), pelapis permukaan (misalnya, lapisan aluminida atau silisida) dapat diterapkan untuk lebih meningkatkan ketahanan oksidasi dan korosi pada paduan ini.
