1. Klíčové požadavky na výkon pro vysokoteplotní-titanové slitiny
Zachování síly: Udržujte dostatečnou pevnost v tahu a mez kluzu při cílových teplotách bez významné degradace.
Odolnost proti tečení: Minimalizujte trvalou deformaci při dlouhodobém -statickém nebo cyklickém zatížení při vysokých teplotách (klíčový režim selhání pro vysokoteplotní konstrukční součásti).
Odolnost proti oxidaci: Vytvořte hustý, stabilní oxidový film, který zabrání silné oxidaci a usazování vodního kamene ve vzduchu s vysokou-teplotou nebo v korozivní atmosféře.
Mikrostrukturní stabilita: Vyhněte se fázovým transformacím (např. → fázový přechod nebo vysrážení křehkých intermetalických fází), které by mohly ohrozit výkon při dlouhodobém vystavení vysokým-teplotám.
2. Primární vysokoteplotní-slitiny titanu pro 400 stupňů + servis
2.1 Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Ti-6242)
Chemické složení a mikrostruktura: Obsahuje hliník (-stabilizátor), cín (neutrální ztužovač), zirkonium (zjemňovač zrna) a molybden (střední -stabilizátor). Jeho mikrostruktura se skládá z primární -fázové matrice s malým podílem -fáze (5–10 %) na hranicích zrn, což zajišťuje jak vysokou-teplotní stabilitu, tak střední tažnost.
Výkon při vysokých{0}}teplotách:
Při 450 stupních zůstává jeho pevnost v tahu nad 700 MPa (ve srovnání s<600 MPa for Grade 5 at the same temperature), and its yield strength exceeds 600 MPa.
Vykazuje vynikající odolnost proti tečení: při namáhání 300 MPa při 450 stupních je rychlost tečení menší než 1×10^-7/h, mnohem nižší než u stupně 5 (který za stejných podmínek přesahuje 1×10^-5/h).
Jeho odolnost proti oxidaci je lepší než stupeň 5: po 1000 hodinách expozice při 500 stupních je tloušťka vrstvy oxidu pouze ~15 μm, bez odlupování nebo vnitřní oxidace.
Scénáře aplikací: Široce se používá v leteckých-součástích leteckých motorů, jako jsou lopatky kompresorů (níz
2.2 Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Ti-6246)
Chemické složení a mikrostruktura: Obsahuje stejné základní prvky jako Ti-6242, ale s vyšším obsahem molybdenu (6 % vs Jeho mikrostruktura se vyznačuje rovnoosými zrny a fázovou matricí s jemnými precipitáty po stárnutí.
Výkon při vysokých{0}}teplotách:
Při 500 stupních je jeho pevnost v tahu ~ 650 MPa a mez kluzu ~ 580 MPa, díky čemuž je při této teplotě o 10–15 % silnější než Ti-6242.
Jeho odolnost proti tečení je vynikající: pod napětím 250 MPa při 500 stupních je 1000-hodinová deformace při tečení menší než 0,1 %, což splňuje požadavky na komponenty leteckých motorů s vysokým-zátěžem.
Odolnost proti oxidaci je srovnatelná s Ti-6242, přičemž ochranná vrstva oxidu se tvoří při teplotách až 550 stupňů pro krátkodobý provoz.
Scénáře aplikací: Používá se především pro vysoce{0}}namáhané letecké-součásti leteckých motorů, včetně disků vysokotlakých kompresorů, -kotoučů rotorů a kořenů lopatek turbín (pro motory s teplotou na vstupu turbíny nižší než 600 stupňů), a také pro konstrukční díly nadzvukových letadel.
2.3 Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr (Ti-52244)
Chemické složení a mikrostruktura: Obsahuje vysoké úrovně -stabilizátorů (molybden a chrom), které si při pokojové teplotě zachovávají metastabilní -fázovou matrici a během stárnutí tvoří jemné sraženiny. Slitina má jednotnou, nesměrovou mikrostrukturu bez křehnutí na hranicích zrn.
Výkon při vysokých{0}}teplotách:
Při 450 stupních dosahuje jeho pevnost v tahu ~750 MPa a udržuje si vysokou únavovou pevnost (Větší nebo rovna 350 MPa při cyklickém zatěžování), čímž překonává téměř - slitiny ve scénářích dynamického zatížení.
Jeho odolnost proti tečení je dostatečná pro provoz 450 stupňů (tečení<0.2% at 300 MPa for 1000 hours) and it has good oxidation resistance in air, with minimal scaling up to 500°C.
Scénáře aplikací: Ideální pro svařované vysokoteplotní -komponenty, jako jsou výfuková potrubí leteckých-motorů, konstrukce přídavného spalování letadel a vysokoteplotní tlakové nádoby v chemických zpracovatelských závodech (pro korozivní vysokoteplotní- média).
2,4 Ti-1100 (Ti-6Al-2,75Sn-4Zr-0,4Mo-0,45Si)
Chemické složení a mikrostruktura: Obsahuje křemík (prvek odolný proti tečení-, který tvoří jemné silicidové precipitáty) pro zvýšení-tečení při vysokých teplotách. Jeho mikrostruktura je primární -fázová matrice s rozptýlenými silicidovými částicemi a stopovou -fází, která zajišťuje dlouhodobou- mikrostrukturální stabilitu při 600 stupních .
Výkon při vysokých{0}}teplotách:
Při 550 stupních je jeho pevnost v tahu ~ 680 MPa a jeho odolnost proti tečení je bezkonkurenční mezi titanovými slitinami: pod napětím 200 MPa při 600 stupních je 1000hodinová creepová deformace<0.15%.
Jeho odolnost proti oxidaci je zvýšena vytvořením vrstvy oxidu bohatého na Si{0}}, která inhibuje další difúzi kyslíku; po 500 hodinách při 600 stupních zůstává vrstva oxidu hustá a přilnavá.
Scénáře aplikací: Vyhrazeno pro pokročilé součásti leteckých-vysokotlakých{1}}motorů (pro vysoko-tahové motory), tepelné konstrukční součásti hypersonických vozidel a vysokoteplotní-komponenty v kosmických pohonných systémech (kde je snížení hmotnosti kritické a superslitiny na bázi niklu- jsou příliš těžké).
3. Pokyny pro výběr-vysokoteplotních titanových slitin
Pro službu 400–450 stupňů: Ti-6242 je cenově-efektivní volba, která vyvažuje výkon a vyrobitelnost pro většinu leteckých motorů a průmyslových aplikací.
Pro službu 450–550 stupňů: Ti-6246 je preferován pro požadavky na vysokou pevnost, zatímco Ti-52244 je optimální pro svařované součásti.
Pro službu 550–600 stupňů: Ti-1100 je jedinou životaschopnou variantou slitiny titanu, i když vyžaduje specializované tepelné zpracování a má vyšší výrobní náklady (což je kompromis-za její extrémně vysoké teploty).
4. Omezení a doplňující poznámky
Titanové slitiny se obecně nedoporučují pro nepřetržitý provoz při teplotách nad 600 stupňů, protože jejich odolnost proti oxidaci a tečení se rychle snižují (superslitiny na bázi niklu se stávají primární alternativou pro podmínky 600 stupňů + ultra{4}}vysoké-teploty).
Pro provoz při vysokých{0}}teplotách v korozivních atmosférách (např. s nečistotami obsahujícími síru nebo chloridy) lze použít povrchové povlaky (např. aluminidové nebo silicidové povlaky), aby se dále zvýšila odolnost těchto slitin vůči oxidaci a korozi.
