Prášky ze slitiny titanu a molybdenu

práškové slitiny titanu a molybdenu zlepšují pevnost při vysokých teplotách a odolnost proti tečení pro lehké letecké konstrukce. Tato příručka se zabývá složením prášku slitiny TiMo, klíčovými charakteristikami, výrobními metodami, vhodnými aplikacemi, specifikacemi, úvahami o nákupu, srovnáním dodavatelů a pro/proti.

práškové slitiny titanu a molybdenu Typické složení

Stupeň slitiny	Titan (%)	Molybden (%)
Ti-6Al-7Nb (IMI 550)	Zůstatek	7%
Ti-15Mo-3Nb-3Al-0.2Si	Zůstatek	15%
Ti-11,5Mo-6Zr-4,5Sn (Ti-11)	Zůstatek	11.5%
Ti-15Mo-5Zr-3Al	Zůstatek	15%

Hladiny molybdenu mezi 7 % a 15 % účinné pro zpevnění při vysokých teplotách. Další prvky, jako je niob, zirkonium a cín, dále zvyšují vlastnosti tečení.

Charakteristika a vlastnosti

Atribut	Podrobnosti
Tvar částic	Kulovitý z atomizace inertním plynem
Kyslík ppm	Pod 500 ppm
Typická hustota	4,5 g/cc
Tepelná vodivost	4–6 W/mK
Pevnost při vysokých teplotách	100 MPa při 500 °C
Odolnost proti korozi	Tvoří ochranný film TiO2

Částicová povaha, nízký obsah kyslíku a přizpůsobené kompozice vyhovují prášku slitiny pro aditivní výrobu nebo slinování vysoce výkonných součástí.

Výrobní metody

Metoda	Popis procesu
Rozprašování plynu	Inertní plyn rozkládá proud roztavené slitiny na prášek
Plazmová atomizace	Velmi čistý, ale nižší výstup prášku oproti atomizaci plynem
PREP	Sferoidizace stávajících prášků roztavením
Hydrid-dehydrid	Křehký meziprodukt TiH2 pro drcení

Plazmová a plynová atomizace nabízí nejlepší kvalitu a zároveň jsou dražší oproti sekundárním trasám, jako je PREP a HDH.

Aplikace prášku ze slitiny TiMo

Průmysl	Příklady součástí
Aerospace	Lopaty turbín, skříně, podvozky
Výroba energie	Výměníky tepla, parní potrubí
Chemické zpracování	Bioreaktory, reakční nádoby
Námořní	Hřídele vrtulí, sonary
Vrtání ropy a plynu	Geotermální studniční nástroje a hřídele

Kombinace vysoké pevnosti, nízké hmotnosti a odolnosti proti korozi vyhovuje slitinám TiMo s náročnými prostředími, jako jsou letecké motory nebo pobřežní vrtání.

Specifikace

Standard	Třídy, na které se vztahuje
ASTM B862	Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-8Al-1Mo-1V, Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo
ASTM B348	Tyče a polotovary z titanu a slitin titanu
AIMS 04-18	Standard pro díly z titanu AM

AMPM (American Powder Metallurgy) Institute, IPS (International Powder Metallurgy Standards Organization) pokrývají také různé třídy Ti.

Globální dodavatelé a cenové rozpětí

Společnost	Doba realizace	Stanovení cen
Technika TLS	16 týdnů	300–900 USD/kg
Sandvik	12 týdnů	350–1000 USD/kg
Vybavení společnosti Atlantic	14 týdnů	320–850 USD/kg

Ceny pro dávku 100+ kg. Prémie za nízký obsah kyslíku a sférický prášek. Větší množství nad 500 kg nabízí slevy 20 %+.

Výhody vs. nevýhody

Výhody	Výzvy
Vynikající pevnost při vysokých teplotách	Vysoké náklady na suroviny
Odolný proti korozi v mnoha prostředích	Delší dodací lhůty pro vlastní slitiny
Flexibilita návrhu vlastních slitin	V současnosti omezený globální dodavatelský řetězec
Kompatibilní s metodami práškové AM	Po zpracování je často nutné po AM
Vynikající odolnost proti tečení	Přísné požadavky na kyslík/dusík

Prášky TiMo umožňují nové konstrukce součástí a lehkou konstrukci, ale použití slitin titanu představuje jedinečné problémy s výrobou a manipulací s práškem.

FAQ

Jaký rozsah velikosti částic je optimální pro 3D tisk s pojivem?

Okolo 30 až 50 mikronů usnadňuje vyšší hustotu práškového lože a účinné nasycení kapalinou potřebné pro správné spojování vrstev. Příliš jemné prášky zhoršují výkon.

Co způsobuje kontaminaci během plynové atomizace slitiny Ti?

Záchyt kyslíku z jakýchkoli úniků vzduchu zhoršuje čistotu prášku, proto je nutná přísná kontrola procesu. Zdroje kontaminace jsou také separační činidla pece a tavicí kelímky, které vyžadují vysoce čisté spotřební materiály.

Proč je obtížné dosáhnout vysokého obsahu Mo ve slitinách na bázi Ti?

Nadměrné odpařovací ztráty molybdenu nastávají nad 25% hladinami během vakuového indukčního tavení a následných kroků přetavování. Zmírnění zahrnuje zakrytí tavných lázní nebo použití technik studeného kelímku.

Jak se má titanový prášek skladovat?

Uvnitř uzavřených nádob pod inertním krycím plynem nebo vakuem. Manipuluje se s nimi a skladují se tak, aby se zabránilo absorpci vlhkosti, která způsobuje rozpad a vysokou nečistotu kyslíku nebo dusíku.

Jaké jsou běžné vady při tisku slitin titanu AM?

Pórovitost ze zachycených atomů plynu, vady nedostatku tavení, praskání zbytkového napětí, netavený prášek zachycený uvnitř uzavřených objemů. Vyžadují integrovanou optimalizaci parametrů s ohledem na strategii skenování, vstup energie atd.

Závěr

Shrnutí, práškové slitiny titanu a molybdenu poskytují přizpůsobené vlastnosti pro vysoké teploty a odolnost proti korozi, které jsou zásadní pro výrobu součástí nové generace v leteckém, energetickém a jiném náročném průmyslu prostřednictvím práškové metalurgie nebo aditivní výroby.

znát více procesů 3D tisku

Additional FAQs on Titanium Molybdenum Alloy Powders

1) What oxygen and hydrogen limits should I target for AM-grade Ti‑Mo powders?

• For fatigue-critical parts, aim for O ≤0.15 wt% (≤1500 ppm) and H ≤0.012 wt%. Premium aerospace lots often specify O ≤0.12 wt% and tight N control (≤0.03 wt%).

2) Which particle size distribution works best for LPBF vs. LMD?

• LPBF: 15–45 μm or 20–53 μm cuts with high sphericity (≥0.92) for stable recoating. LMD: 45–105 μm (or 63–90 μm) to match nozzle focus and achieve consistent melt pools.

3) How does Mo content influence microstructure and heat treatment?

• Mo is a strong β stabilizer, promoting β or metastable β microstructures. Higher Mo raises hardenability, suppresses martensite, and can reduce α′ formation, enabling improved creep but requiring tailored stress relief and aging schedules.

4) Are Ti‑Mo alloys weldable after AM?

• Yes, generally weldable with laser or electron-beam, but preheat/interpass temperature control limits cold cracking. Post-weld heat treatment can restore ductility and homogenize β-rich regions.

5) What powder handling precautions are critical for Ti‑Mo?

• Treat as combustible metal powder: inert handling, grounded equipment, humidity control (<30–40% RH), sealed transfer and sieving under argon/nitrogen, and compliance with NFPA 484 for storage and dust collection.

2025 Industry Trends for Titanium Molybdenum Alloy Powders

• β‑titanium focus: Growing adoption of Ti‑Mo and Ti‑Mo‑Zr‑Nb chemistries for high-temperature, fatigue, and biomedical elasticity tuning.
• Supply chain maturation: More regional atomization capacity for reactive alloys; shorter lead times with digital powder passports (chemistry, O/N/H, PSD, reuse history).
• Cost reduction routes: Hybrid HDH feedstock followed by plasma spheroidization achieving AM-ready sphericity at lower cost.
• Qualification playbooks: Emerging OEM parameter windows for Ti‑15Mo variants in LPBF and LMD, including HIP and aging recipes.
• Sustainability: Closed-loop argon recovery and higher recycled Ti feed without exceeding interstitial limits.

2025 Snapshot: Ti‑Mo Powder and Process Benchmarks (indicative)

Metrický	2023	2024	2025 YTD	Notes/Sources
Typical O content (wt%) AM-grade	0.12–0.18	0.10–0.16	0.09–0.15	Improved inert handling
Sphericity (image analysis)	0.90–0.95	0.92–0.96	0.93–0.97	Gas/plasma atomized
LPBF as-built density (%)	99.5–99.9	99.6–99.95	99.7–99.95	Optimized scan strategies
Powder lead time (weeks, 100–300 kg)	12–20	10–16	8–14	Added regional capacity
Price trend vs. 2022 (Ti‑15Mo AM-grade)	+12–18%	+8–12%	+4–9%	Energy and sponge indices

References: ISO/ASTM 52907/52920/52930; ASTM B348, B862; emerging OEM application notes for β‑Ti alloys; NIST AM Bench; NFPA 484.

Latest Research Cases

Case Study 1: LPBF of Ti‑15Mo with Low Oxygen Drift for Hot-Section Brackets (2025)

• Background: An aero supplier needed creep-capable, lightweight brackets operating at 450–500°C; prior lots showed oxygen rise after multiple powder reuses.
• Solution: Qualified Ti‑15Mo powder (20–53 μm, sphericity ≥0.95) with sealed inert conveying and nitrogen-blanketed sieving; implemented bed preheat and contour-hatch strategies; post-build HIP (920°C/2 h) and aging.
• Results: As-built density 99.9%; O drift per reuse cycle −50% vs baseline; 500°C tensile strength improved from 90 MPa to 115 MPa; creep strain at 100 MPa/500°C over 100 h reduced by 35%.

Case Study 2: LMD Repair of Ti‑Mo‑Zr Components in Chemical Processing (2024)

• Background: A plant experienced erosion-corrosion on Ti‑11.5Mo‑6Zr‑4.5Sn pump housings; conventional weld repairs caused distortion.
• Solution: Deployed LMD with 63–90 μm powder, closed-loop melt-pool control, and interpass temperature limits; performed stress relief at 700°C.
• Results: Dilution ≤7%; dimensional restoration within ±0.1 mm; corrosion rate in chloride media matched baseline after heat treatment; MT/PT inspection showed zero repair-related cracks; time-to-service −40% vs weld overlay.

Názory odborníků

• Prof. Hamish L. Fraser, Professor of Materials Science and Engineering, The Ohio State University
• Viewpoint: “Molybdenum’s β‑stabilizing effect in titanium enables creep resistance without excessive density penalties—AM makes these microstructures more controllable via scan and heat schedules.”
• Dr. Christina M. Lomasney, Materials Scientist and AM Advisor
• Viewpoint: “Powder genealogy and interstitial control are decisive for Ti‑Mo—oxygen management from atomization through reclaim directly correlates with fatigue and creep outcomes.”
• Dr. Moataz Attallah, Professor of Advanced Materials Processing, University of Birmingham
• Viewpoint: “Process-structure-property maps for β‑Ti in LPBF and LMD are maturing; combining HIP with targeted aging is key to unlocking stable performance.”

Practical Tools and Resources

• Standards and guidance
• ISO/ASTM 52907 (AM feedstock), 52920/52930 (qualification/quality): https://www.iso.org
• ASTM B862/B348 (Ti alloy products), ASTM F3301 (PBF process control): https://www.astm.org
• Metrology and data
• NIST AM Bench datasets; oxygen/nitrogen/hydrogen by inert gas fusion (LECO methods)
• Bezpečnost
• NFPA 484 for combustible metal powders; ANSI Z136 for laser safety
• Process know-how
• OEM parameter notes for β‑Ti in LPBF/LMD (EOS, SLM Solutions, GE Additive, TRUMPF)
• Powder QA: PSD (ASTM B822), flow (ASTM B213/B964), apparent/tap density (ASTM B212/B527)
• Materials databases
• ASM Handbooks Online; Materials Project for phase stability insights; peer-reviewed β‑Ti alloy literature

Last updated: 2025-10-16
Changelog: Added 5 focused FAQs; included a 2025 KPI table for Ti‑Mo powders; provided two case studies (LPBF Ti‑15Mo low-O drift; LMD repair of Ti‑Mo‑Zr); added expert viewpoints; linked standards, safety, QA, and data resources
Next review date & triggers: 2026-03-31 or earlier if ISO/ASTM standards update, major supplier capacity changes, or new Ti‑Mo AM parameter/heat-treatment data revises creep and fatigue guidance