1. Yêu cầu về hiệu suất chính đối với hợp kim titan ở nhiệt độ cao-
Duy trì sức mạnh: Duy trì đủ độ bền kéo và giới hạn chảy ở nhiệt độ mục tiêu mà không bị suy giảm đáng kể.
Khả năng chống leo: Giảm thiểu biến dạng vĩnh viễn dưới tải trọng tĩnh dài hạn hoặc tải tuần hoàn ở nhiệt độ cao (một chế độ hỏng hóc chính đối với các bộ phận cấu trúc có nhiệt độ-cao).
Chống oxy hóa: Tạo thành một màng oxit dày đặc, ổn định để ngăn chặn quá trình oxy hóa và đóng cặn nghiêm trọng trong-không khí có nhiệt độ cao hoặc môi trường ăn mòn.
Ổn định cấu trúc vi mô: Tránh các biến đổi pha (ví dụ: → chuyển pha hoặc kết tủa các pha kim loại giòn) có thể ảnh hưởng đến hiệu suất khi tiếp xúc với nhiệt độ-cao kéo dài.
2. Hợp kim Titan nhiệt độ cao-chính cho 400 độ + Dịch vụ
2.1 Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Ti-6242)
Thành phần hóa học & vi cấu trúc: Nó chứa nhôm ( -chất ổn định), thiếc (chất tăng cường trung tính), zirconi (chất tinh chế ngũ cốc) và molypden (chất ổn định -vừa phải). Cấu trúc vi mô của nó bao gồm ma trận pha -chính với một phần nhỏ pha -(5–10%) ở ranh giới hạt, đảm bảo cả độ ổn định nhiệt độ-cao và độ dẻo vừa phải.
Hiệu suất nhiệt độ-cao:
Ở 450 độ, độ bền kéo của nó vẫn ở mức trên 700 MPa (so với<600 MPa for Grade 5 at the same temperature), and its yield strength exceeds 600 MPa.
Nó thể hiện khả năng chống leo tuyệt vời: dưới ứng suất 300 MPa ở 450 độ, tốc độ biến dạng của leo nhỏ hơn 1×10^-7/h, thấp hơn nhiều so với Cấp 5 (vượt quá 1×10^-5/h trong cùng điều kiện).
Khả năng chống oxy hóa của nó vượt trội so với Cấp 5: sau 1000 giờ tiếp xúc ở 500 độ, độ dày lớp oxit chỉ ~ 15 μm, không bị nứt vỡ hoặc oxy hóa bên trong.
Kịch bản ứng dụng: Được sử dụng rộng rãi trong các bộ phận-động cơ aero chẳng hạn như cánh máy nén (giai đoạn áp suất thấp{1}}đến-trung bình), cánh dẫn hướng và vỏ ống xả cũng như các bộ phận cấu trúc nhiệt độ cao-cho tua bin khí và các bộ phận hệ thống nhiên liệu động cơ tên lửa.
2.2 Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Ti-6246)
Thành phần hóa học & vi cấu trúc: Nó có cùng các nguyên tố bazơ như Ti{4}}6242 nhưng có hàm lượng molypden cao hơn (6% so với{2}}% trong Ti-6242), tăng tỷ lệ -phase (10–15%) và tăng cường cường độ kết tủa trong quá trình xử lý nhiệt. Cấu trúc vi mô của nó có các hạt cân bằng và ma trận pha với các kết tủa mịn sau khi lão hóa.
Hiệu suất nhiệt độ-cao:
Ở 500 độ, độ bền kéo của nó là ~650 MPa và cường độ chảy là ~580 MPa, khiến nó mạnh hơn Ti-6242 10–15% ở nhiệt độ này.
Khả năng chống rão của nó rất vượt trội: dưới ứng suất 250 MPa ở 500 độ, biến dạng rão 1000-giờ nhỏ hơn 0,1%, đáp ứng yêu cầu của các bộ phận động cơ máy bay có tải trọng-cao.
Khả năng chống oxy hóa tương đương với Ti{2}}6242, với lớp oxit bảo vệ được hình thành ở nhiệt độ lên tới 550 độ khi sử dụng trong thời gian ngắn.
Kịch bản ứng dụng: Chủ yếu được sử dụng cho các bộ phận động cơ hàng không có ứng suất cao-áp suất cao{1}}, bao gồm đĩa máy nén áp suất cao-, trục cánh quạt và rễ cánh tuabin (dành cho động cơ có nhiệt độ đầu vào tuabin dưới 600 độ), cũng như các bộ phận kết cấu của máy bay siêu âm.
2.3 Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr (Ti-52244)
Thành phần hóa học & vi cấu trúc: Nó chứa hàm lượng cao các chất ổn định -(molypden và crom), giúp giữ lại ma trận pha -siêu ổn định ở nhiệt độ phòng và tạo thành kết tủa mịn trong quá trình lão hóa. Hợp kim có cấu trúc vi mô đồng nhất, không{3}}định hướng và không có hiện tượng giòn ở ranh giới hạt.
Hiệu suất nhiệt độ-cao:
Ở 450 độ, độ bền kéo của nó đạt ~750 MPa và duy trì độ bền mỏi cao (Lớn hơn hoặc bằng 350 MPa khi chịu tải theo chu kỳ), hoạt động tốt hơn gần như các hợp kim - trong các tình huống tải động.
Khả năng chống rão của nó đủ cho dịch vụ 450 độ (độ căng leo<0.2% at 300 MPa for 1000 hours) and it has good oxidation resistance in air, with minimal scaling up to 500°C.
Kịch bản ứng dụng: Lý tưởng cho các bộ phận có nhiệt độ-được hàn cao chẳng hạn như ống xả-động cơ máy bay, cấu trúc bộ đốt sau của máy bay và bình áp suất-có nhiệt độ cao trong các nhà máy xử lý hóa chất (dành cho môi trường có nhiệt độ-có tính ăn mòn cao).
2.4 Ti-1100 (Ti-6Al-2.75Sn-4Zr-0.4Mo-0.45Si)
Thành phần hóa học & vi cấu trúc: Nó kết hợp silicon (một thành phần chống rão-tạo thành kết tủa silic mịn) để nâng cao-hiệu suất rão ở nhiệt độ cao. Cấu trúc vi mô của nó là ma trận pha -sơ cấp với các hạt silicide phân tán và pha -dấu vết, đảm bảo sự ổn định lâu dài-của cấu trúc vi mô ở 600 độ.
Hiệu suất nhiệt độ-cao:
Ở 550 độ, độ bền kéo của nó là ~ 680 MPa và khả năng chống rão của nó là không thể so sánh được với các hợp kim titan: dưới ứng suất 200 MPa ở 600 độ, biến dạng leo 1000 giờ là<0.15%.
Khả năng chống oxy hóa của nó được tăng cường nhờ sự hình thành lớp oxit giàu Si{0}}, giúp ức chế sự khuếch tán oxy hơn nữa; sau 500 giờ ở 600 độ, lớp oxit vẫn dày đặc và bám dính.
Kịch bản ứng dụng: Dành riêng cho các bộ phận máy nén khí áp-cao{1}}của động cơ aero tiên tiến (dành cho động cơ-có lực đẩy cao), các bộ phận kết cấu nhiệt của xe siêu âm và các bộ phận-nhiệt độ cao trong hệ thống đẩy trong không gian (trong đó việc giảm trọng lượng là rất quan trọng và các siêu hợp kim gốc niken{4}}quá nặng).
3. Nguyên tắc lựa chọn hợp kim titan nhiệt độ cao-
Đối với dịch vụ 400–450 độ: Ti-6242 là sự lựa chọn hiệu quả về mặt chi phí, cân bằng hiệu suất và khả năng sản xuất cho hầu hết các ứng dụng công nghiệp và động cơ máy bay.
Đối với dịch vụ 450–550 độ: Ti-6246 được ưu tiên cho các yêu cầu về độ bền cao, trong khi Ti-52244 là tối ưu cho các bộ phận hàn.
Đối với dịch vụ 550–600 độ: Ti{1}}1100 là lựa chọn hợp kim titan khả thi duy nhất, mặc dù nó yêu cầu xử lý nhiệt chuyên dụng và có chi phí sản xuất cao hơn (đánh đổi-để có được hiệu suất ở nhiệt độ cực cao).
4. Hạn chế và lưu ý bổ sung
Hợp kim titan thường không được khuyến nghị sử dụng liên tục ở nhiệt độ trên 600 độ vì khả năng chống oxy hóa và hiệu suất rão của chúng suy giảm nhanh chóng (siêu hợp kim gốc niken{1}}trở thành lựa chọn thay thế chính cho điều kiện nhiệt độ 600 độ + cực{4}}cao{5}}).
Đối với dịch vụ ở nhiệt độ-cao trong môi trường ăn mòn (ví dụ: có chất gây ô nhiễm lưu huỳnh hoặc clorua), có thể áp dụng lớp phủ bề mặt (ví dụ: lớp phủ aluminide hoặc silicide) để tăng cường hơn nữa khả năng chống oxy hóa và ăn mòn của các hợp kim này.
