Алюминид титана TiAl: порошки сплавов

Алюминид титана TiAl (гамма-алюминид титана, γ-TiAl) — интерметаллид титана и алюминия, лёгкий жаропрочный материал, который в авиадвигателях заменяет никелевые сплавы в лопатках турбины низкого давления. Его плотность — около 3,9 г/см³, вдвое меньше, чем у никелевых жаропрочных сплавов. Мы поставляем порошки сплавов на основе алюминида титана по техническому заданию заказчика. Запросы принимаем на почту 5052082@mail.ru.

Что такое гамма-алюминид титана

В системе титан – алюминий есть несколько интерметаллидов: Ti₃Al (фаза α₂), TiAl (фаза γ) и TiAl₃. Промышленные сплавы на основе TiAl содержат 43–48 ат. % алюминия и состоят в основном из γ-фазы TiAl с некоторым количеством α₂-фазы Ti₃Al — часто в виде тонкой пластинчатой (ламельной) структуры. Сплавы дополнительно легируют ниобием, хромом, молибденом, бором.

Сплав, ат. %	Поколение	Где применяется
Ti-48Al-2Cr-2Nb («48-2-2», «4822»)	второе	литые лопатки турбины низкого давления двигателя GEnx (Boeing 787, 747-8) с 2011 года
Ti-43,5Al-4Nb-1Mo-0,1B (TNM)	третье	лопатки турбины низкого давления
Ti-47Al-2Nb-2Cr	второе	порошковые сплавы, в том числе гидридно-кальциевые

По данным разработчиков, для двигателей GEnx изготовлено более 40 000 лопаток из алюминида титана. Это первый коммерческий авиадвигатель с такими лопатками.

Свойства

Свойство	Значение для сплавов типа Ti-48Al-2Cr-2Nb
Плотность	≈ 3,9 г/см³
Рабочие температуры	примерно 600–800 °C
Прочность при растяжении (пример: сплав после электронно-лучевого выращивания и термообработки)	460 МПа при 20 °C; 440 МПа при 700 °C
Пластичность при комнатной температуре	около 1 % и меньше

В диапазоне 600–800 °C алюминид титана позволяет снизить массу деталей до 50 % по сравнению с никелевыми сплавами. Ti-48Al-2Cr-2Nb сохраняет удовлетворительное сопротивление ползучести даже при 800 °C. Кроме того, сплав стоек к окислению и хорошо льётся.

Главный недостаток — низкая пластичность при комнатной температуре, обычно меньше 1 %. После длительного нагрева, например 16 часов при 650 °C, она может снизиться ещё вдвое. Поэтому детали из TiAl требуют аккуратной механической обработки и проектирования с учётом хрупкости.

Как получают сплавы и порошки TiAl

Слитки выплавляют в вакуумных печах, детали отливают в формы. Для аддитивного производства (электронно-лучевое и лазерное сплавление) нужны порошки — их обычно получают распылением расплава.

Ещё один путь — гидридно-кальциевый синтез: оксиды титана и алюминия (с добавками ниобия и хрома) восстанавливают гидридом кальция. Исследования показали, что для сплава Ti-47Al-2Nb-2Cr (ат. %) температура восстановления должна быть не ниже 1100 °C при избытке гидрида кальция около 15 % по массе. Полученный порошок содержит около 60 % фазы TiAl и 40 % Ti₃Al по массе и, по выводам авторов, пригоден для получения плотных компактов прессованием и спеканием. Порошки TiAl и Ti₃Al кальциетермическим восстановлением оксидов получали и японские исследователи ещё в начале 1990-х.

Где применяется алюминид титана

• авиадвигатели — лопатки турбины низкого давления;
• аддитивное производство жаропрочных деталей;
• научные и опытные работы по новым интерметаллидным сплавам.

Что указать в заявке

• марку или состав сплава (ат. % алюминия, ниобия, хрома, других элементов);
• назначение порошка: прессование и спекание, напыление или аддитивное производство;
• фракцию и форму частиц, количество;
• требования к кислороду и другим примесям.

Вопросы и ответы

Чем TiAl отличается от титановых сплавов?

Обычные титановые сплавы — твёрдые растворы, а TiAl — интерметаллид. Он легче, работает при более высоких температурах, но значительно хрупче.

Подойдёт ли гидридно-кальциевый порошок для аддитивного производства?

Для лазерного и электронно-лучевого сплавления обычно нужны сферические порошки, а гидридно-кальциевый порошок имеет неправильную форму частиц. Он лучше подходит для прессования и спекания. Требования к форме частиц укажите в заявке.

Есть ли материалы для сплавов на основе Ti₂AlNb?

Да, для вакуумной плавки орто-сплавов предлагаем порошковую лигатуру титан-ниобий-алюминий ТБ39Ю12. Смотрите также титановые сплавы и жаропрочные сплавы.

Заказать алюминид титана

Поставим порошки сплавов на основе алюминида титана по вашему техническому заданию. Пришлите состав, назначение, фракцию и количество на почту 5052082@mail.ru — ответим по срокам и стоимости.