Titan 6Al-4V Grade 5: Složení, vlastnosti a použití

Co je titan 6Al-4V třídy 5?

Ti-6Al-4V, označený jako titan třídy 5 podle norem ASTM a UNS R56400, je nejrozšířenější slitina titanu, která představuje zhruba polovinu celosvětové spotřeby slitin titanu. Obsahuje asi 6 procent hliníku a 4 procenta vanadu: hliník stabilizuje alfa fázi a zvyšuje pevnost a odolnost proti tečení, zatímco vanad stabilizuje beta fázi a zlepšuje zpracovatelnost a tepelnou zpracovatelnost. Slitina je klasifikována jako alfa-beta a její kombinace vysoké pevnosti, nízké hustoty, odolnosti proti korozi a biokompatibility z ní činí výchozí volbu pro náročné letecké, námořní, lékařské a průmyslové komponenty.

Chemické složení

Limity se řídí ASTM B265 a odpovídajícími výrobkovými normami. Pro aplikace chirurgických implantátů ELI (extra{2}}nízká intersticiální) varianta Ti-6Al-4V ELI, UNS R56401, snižuje limity kyslíku a železa pro zlepšení houževnatosti při zlomenině a je specifikována podle ASTM F136.

Mechanické a fyzikální vlastnosti

Minimální mechanické vlastnosti podle ASTM B348 pro žíhanou tyč jsou pevnost v tahu 895 MPa, mez kluzu 825 MPa a prodloužení o 10 procent. Roztokem ošetřený a stárnutý materiál (STA) může dosáhnout pevnosti v tahu asi 1 100 MPa se sníženou tažností, proto je žíhaný stav standardní pro běžnou výrobu.

Normy a formuláře produktů

Stupeň 5 se dodává v každé válcovací formě podle vyhrazených norem: desky, plechy a pásy podle ASTM B265 a AMS 4911; tyč a sochor podle ASTM B348 a AMS 4928; bezešvé a svařované trubky podle ASTM B861 a B862; trubice kondenzátoru podle ASTM B338; drát podle ASTM B863 a AMS 4954; a výkovky podle AMS 4928 nebo ASTM F136 pro díly implantátu{12}}. Čínské ekvivalentní třídy zahrnují TC4 podle GB/T 3621 pro desky a GB/T 2965 pro tyče. Kupující by měli potvrdit teplotu, rozměry a úroveň testování a vyžádat si certifikáty mlýna s chemickými a mechanickými údaji podle EN 10204 typ 3.1 nebo 3.2, pokud to projekt vyžaduje.

Tepelné zpracování a zpracování

Stupeň 5 je tepelně-zpracovatelný. Mlýnové-žíhání při teplotě asi 700 až 790 stupňů Celsia s následným chlazením vzduchem vytváří rovnoměrnou rovnoosou strukturu s dobrou tažností. Ošetření roztokem a stárnutí, typicky rozpouštění při 900 až 960 stupních Celsia, kalení vodou a stárnutí při 480 až 595 stupních Celsia, zvyšuje pevnost v tahu zhruba o 15 procent a zároveň snižuje prodloužení. Kování se běžně provádí v alfa-beta poli mezi 900 a 980 stupni Celsia a svařování používá GTAW s plnivem ERTi-5 pod přísným argonovým stíněním; svarová zóna musí být chráněna, dokud teplota neklesne pod asi 300 stupňů Celsia, aby se zabránilo kontaminaci kyslíkem a dusíkem.

Odolnost proti korozi

Ti-6Al-4V odolává mořské vodě, roztokům chloridů, oxidujícím kyselinám a většině organických médií prostřednictvím svého stabilního oxidového filmu. Je imunní vůči chloridové důlkové korozi a koroznímu praskání pod napětím v mořském prostředí, což podporuje jeho použití na pobřežních plošinách, lodních hřídelích a podmořském hardwaru. Nedoporučuje se pro silně redukující kyseliny, jako je horká koncentrovaná kyselina chlorovodíková nebo sírová, kde mají lepší vlastnosti nelegované nebo palladium. Kontakt s ocelí nebo hliníkem v mokrých sestavách musí být izolován, aby se zabránilo galvanické korozi méně ušlechtilého kovu.

Aplikace

Letecký a kosmický průmysl: konstrukční součásti draku letadla, podvozek, uložení motoru, spojovací prvky a hydraulické potrubí. Pevnost slitiny do asi 400 stupňů Celsia a odolnost proti únavě z ní činí páteř konstrukce letadel.

Lékařské: chirurgické implantáty, jako jsou kyčelní dříky, kolenní komponenty a kostní dlahy, obvykle jako Ti-6Al-4V ELI podle ASTM F136, ceněné pro biokompatibilitu a osseointegraci.

Námořní a pobřežní: lodní hřídele, potrubí s mořskou vodou, výměníky tepla a hlubinné-kryty, které vyžadují dlouhou životnost bez koroze-.

Motorsport a automobilový průmysl: ojnice, ventily, výfukové systémy a pružiny zavěšení, kde úspora hmotnosti ospravedlňuje náklady.

Chemikálie a energie: tělesa ventilů, součásti čerpadel a části výměníků tepla v procesních tocích-nasycených chloridy.

Poznámky k výběru

Zvolte stupeň 5, když je design určující pevnost, odolnost proti únavě a provozní teplota až 400 stupňů Celsia. Pokud je prioritou maximální tvarovatelnost a svařitelnost tenkých profilů, je lepší volbou stupeň 9 (Ti-3Al-2,5V); pokud je hlavním problémem životní prostředí a zatížení je nízké, komerčně čistý stupeň 2 nabízí nižší náklady. U nosných implantátů specifikujte Ti-6Al-4V ELI a ověřte shodu s ASTM F136 a platnými předpisy pro zdravotnické prostředky.

FAQ

Jaké je číslo UNS pro titan Grade 5?

Číslo UNS je R56400 pro standardní Ti-6Al-4V a R56401 pro variantu implantátu ELI.

Je titan 5. třídy silnější než 2. třídy?

Ano, s velkou rezervou: žíhaná třída 5 má minimální pevnost v tahu 895 MPa oproti 345 MPa pro třídu 2, což je zhruba 2,5krát vyšší hodnota, s lepší schopností zvýšit -teplotu.

Lze Ti-6Al-4V svařovat?

Ano, se svařováním plynovým wolframem a výplní ERTi-5 pod přísným argonovým stíněním čela a kořene; svar rychle chladne a pevnost svaru se blíží žíhanému základnímu kovu.

Jaký je rozdíl mezi ELI 5. a 5. stupně?

ELI (extra{0}}nízká intersticiální) snižuje limity kyslíku a železa, zlepšuje lomovou houževnatost a tažnost za cenu malého snížení pevnosti; je to specifikovaná kvalita pro chirurgické implantáty.

Je titan stupně 5 odolný proti korozi-v mořské vodě?

Ano, je v podstatě imunní vůči chloridové důlkové korozi, štěrbinové korozi a koroznímu praskání pod napětím v mořské vodě, a proto se používá pro šachty, pouzdra a potrubí v námořním provozu.

Proč je obtížné obrábět Ti-6Al-4V?

Jeho nízká tepelná vodivost, asi 7 W/m-K, koncentruje řezné teplo na ostří nástroje, což způsobuje rychlé opotřebení a riziko vznícení třísky; jsou vyžadovány ostré nástroje, nízké otáčky, vysoký posuv a-vysokotlaká chladicí kapalina.