1. 고온-티타늄 합금의 주요 성능 요구사항
강도 유지: 큰 열화 없이 목표온도에서 충분한 인장강도와 항복강도를 유지합니다.
크리프 저항: 고온에서 장기-정적 또는 순환 하중 하에서 영구 변형을 최소화합니다(고온 구조 부품의 주요 고장 모드).-
산화 저항: 고온의 공기나 부식성 대기에서 심각한 산화 및 스케일링을 방지하기 위해 조밀하고 안정적인 산화막을 형성합니다.-
미세구조적 안정성: 장기간 고온에 노출되는 동안 성능을 저하시킬 수 있는 상 변형(예: → 상 전이 또는 부서지기 쉬운 금속간 상의 침전)을 피하세요.{2}}
2. 400도 + 서비스용 1차 고온-티타늄 합금
2.1 Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo(Ti-6242)
화학성분 및 미세구조: 알루미늄(-안정제), 주석(중성 강화제), 지르코늄(결정립 미세화제), 몰리브덴(중간 -안정제)이 함유되어 있습니다. 미세 구조는 결정립계에 작은 비율의 -상(5~10%)이 있는 기본 -상 매트릭스로 구성되어 높은-온도 안정성과 적당한 연성을 보장합니다.
고온-성능:
450도에서 인장 강도는 700MPa 이상으로 유지됩니다.<600 MPa for Grade 5 at the same temperature), and its yield strength exceeds 600 MPa.
탁월한 크리프 저항성을 나타냅니다. 450도에서 300MPa의 응력 하에서 크리프 변형률은 1×10^-7/h 미만으로 5등급(동일 조건에서 1×10^-5/h 초과)보다 훨씬 낮습니다.
내산화성은 5등급보다 우수합니다. 500도에서 1000시간 노출된 후 산화물 층 두께는 ~15μm에 불과하며 박리 또는 내부 산화가 없습니다.
애플리케이션 시나리오: 압축기 블레이드(저-~-중압 단계), 가이드 베인, 배기 케이싱과 같은 항공{0}}엔진 부품과 가스 터빈 및 로켓 엔진 연료 시스템 부품의 고온 구조 부품에 널리 사용됩니다.
2.2 Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo(Ti-6246)
화학성분 및 미세구조: Ti-6242와 기본 원소는 동일하지만 몰리브덴 함량이 더 높고(Ti-6242의 경우 6% 대 . 2%), 상 분율(10~15%)이 증가하고 열처리 중 석출 강화가 강화됩니다. 그 미세 구조는 등축 입자와 노화 후 미세한 침전물이 있는 상 매트릭스를 특징으로 합니다.
고온-성능:
500도에서 인장 강도는 ~650MPa이고 항복 강도는 ~580MPa로 이 온도에서 Ti-6242보다 10~15% 더 강합니다.
크리프 저항성은 탁월합니다. 500도에서 250MPa 응력 하에서 1000-시간 크리프 변형은 0.1% 미만으로 고부하 항공 엔진 부품의 요구 사항을 충족합니다.-
산화 저항성은 Ti{2}}6242와 비슷하며 단기 사용을 위해 최대 550도의 온도에서 보호 산화물 층이 형성됩니다.
애플리케이션 시나리오: 주로 고압 압축기 디스크, 로터 샤프트, 터빈 블레이드 루트(터빈 입구 온도가 600도 미만인 엔진용)를 포함한 고응력 항공-엔진 부품과 초음속 항공기의 구조 부품에 사용됩니다.
2.3 Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr(Ti-52244)
화학성분 및 미세구조: 상온에서 준안정한 -상 매트릭스를 유지하고 숙성 중에 미세한 침전물을 형성하는 높은 수준의 -안정제(몰리브덴 및 크롬)를 함유하고 있습니다. 합금은 결정립 경계 취성이 없는 균일한 무{3}}미세 구조를 가지고 있습니다.
고온-성능:
450도에서 인장 강도는 ~750MPa에 도달하고 높은 피로 강도(주기 하중 하에서 350MPa 이상)를 유지하여 동적 하중 시나리오에서 거의 - 합금보다 성능이 뛰어납니다.
크리프 저항은 450도 서비스에 충분합니다(크리프 변형<0.2% at 300 MPa for 1000 hours) and it has good oxidation resistance in air, with minimal scaling up to 500°C.
애플리케이션 시나리오: 항공-엔진 배기 매니폴드, 항공기 애프터버너 구조, 화학 처리 공장의 고온-압력 용기(부식성 고온 매체용)와 같은 용접된 고온 부품에 이상적입니다.-
2.4 Ti-1100(Ti-6Al-2.75Sn-4Zr-0.4Mo-0.45Si)
화학성분 및 미세구조: 고온 크리프 성능을 향상시키기 위해 실리콘(미세한 규화물 석출물을 형성하는 크리프{0}}저항 요소)을 포함합니다. 미세 구조는 분산된 규화물 입자와 미량 -상을 포함하는 기본 -상 매트릭스로, 600도에서 장기적인-미세 구조 안정성을 보장합니다.
고온-성능:
550도에서 인장 강도는 ~680MPa이고 크리프 저항성은 티타늄 합금 중에서 타의 추종을 불허합니다. 600도에서 200MPa 응력 하에서 1000시간 크리프 변형은 다음과 같습니다.<0.15%.
추가 산소 확산을 억제하는 Si-풍부 산화물 층의 형성으로 내산화성이 향상됩니다. 600도에서 500시간 후에도 산화물 층은 조밀하고 접착력을 유지합니다.
애플리케이션 시나리오: 고급 항공-엔진 고압 압축기 부품(고추력 엔진용), 극초음속 차량 열 구조 부품 및 우주 추진 시스템의 고온 부품(무게 감소가 중요하고 니켈-초합금이 너무 무거운 경우)에 사용됩니다.
3. 고온-티타늄 합금 선택 지침
400~450도 서비스용: Ti{1}}6242는 대부분의 항공 엔진 및 산업 응용 분야에서 성능과 제조 가능성의 균형을 유지하는 비용 효율적인 선택입니다.
450~550도 서비스용: Ti{1}}6246은 고강도 요구 사항에 적합하고 Ti-52244는 용접 부품에 적합합니다.
550~600도 서비스용: Ti-1100은 특수한 열처리가 필요하고 생산 비용이 더 높지만 실행 가능한 유일한 티타늄 합금 옵션입니다(극도의 고온 성능에 대한 절충-).
4. 제한 사항 및 보충 사항
티타늄 합금은 일반적으로 내산화성과 크리프 성능이 급격히 저하되므로 600도 이상의 연속 사용에는 권장되지 않습니다. 니켈-계 초합금은 600도 + 초{4}}초고-온도 조건에 대한 주요 대안이 됩니다.
부식성 대기(예: 황 또는 염화물 오염 물질)에서 고온 서비스를 수행하는 경우 표면 코팅(예: 알루미나이드 또는 규화물 코팅)을 적용하여 이러한 합금의 산화 및 부식 저항성을 더욱 향상시킬 수 있습니다.
