GR5 (Ti-6Al-4V) este „oțelul inoxidabil 301” al aliajelor de titan – este utilizat pe scară largă și are o gamă largă de aplicații. De la corpuri de rachete la implanturi osoase umane, GR5 este omniprezent. Care sunt diferențele fundamentale dintre acesta și titanul pur?
Design compoziție GR5
GR5 Compoziție: aluminiu pe bază de titan-5,5-6,5%, vanadiu 3,5{-4,5%. Aluminiul este un -element de stabilizare-care îmbunătățește rezistența și rezistența la temperatură. Vanadiul este un -element de stabilizare-care permite aliajului să mențină o structură cu dublă-faza la temperatura camerei. Faza asigură stabilitate-la temperatură ridicată, în timp ce faza asigură rezistența la temperatura camerei. Această structură dublă este cheia echilibrului de performanță al GR5.
GR1/GR2 sunt aliaje monofazice-de rezistență scăzută (rezistență la rupere GR2 345MPa), dar plasticitate bună, utilizate în principal în echipamente chimice și schimbătoare de căldură cu plăci. GR5 are o rezistență la tracțiune de 950MPa, de 2,7 ori mai mare decât GR2, dar alungirea sa este doar jumătate față de GR2.
Aplicații aerospațiale
Rezervoare de combustibil pentru rachete: rezervoarele de combustibil SpaceX Falcon 9 folosesc aliaj de aluminiu 2219, dar carcasa motorului din a doua-etapă folosește GR5 - rezistența aliajelor de aluminiu scade prea mult la temperaturi ridicate. GR5 cedează la 500MPa la 400 de grade, de două ori față de 2219.
Suport și elemente de fixare prin satelit: GR5 are o densitate de 4,43 g/cm³, care este 56% cea a oțelului. Fiecare kilogram de reducere a greutății într-un satelit economisește 10.000 USD în costuri de lansare-GR5 înlocuirea elementelor de fixare din oțel este o alegere economică pentru reducerea greutății. Înlocuirea șuruburilor 17-4PH cu GR5 în secțiunea criogenică a motorului are ca rezultat o reducere a greutății cu 44%.
Implanturi medicale
GR5 este un material standard pentru implanturi ortopedice-articulațiile șoldurilor, articulațiilor genunchiului, plăcilor osoase și implanturilor dentare. Trei motive: biocompatibilitate bună (filmul de TiO2 se formează spontan pe suprafața de titan, ne-toxic și ne-rejectant); un modul elastic de 110 GPa, 55% din aliajele de cobalt-crom-mai aproape de 20-30 GPa ale osului, reducând efectele de protecție împotriva stresului; și o rezistență de 950 MPa, îndeplinind cerințele de încărcare.
Cu toate acestea, modulul elastic al GR5 este încă mai mare decât implantarea osoasă--pe termen lung poate provoca resorbția osoasă. În prezent, GR5 poros (imprimat 3D cu porozitate de 50-70%) poate reduce modulul elastic la 15-30 GPa, mai aproape de osul spongios.
Provocările de prelucrare ale GR5
Temperatura ridicată de tăiere a aliajului de titan – Conductivitatea termică a titanului este de numai 1/4 față de cea a oțelului, concentrând căldura de tăiere la muchia de tăiere și provocând uzura rapidă a sculei. Strunjirea GR5 cu scule din carbură necesită o viteză liniară de 40 m/min, adică 1/3 din viteza necesară pentru prelucrarea oțelului inoxidabil 304. Este necesar un lichid de răcire care conține-clor – emulsiile obișnuite sunt ineficiente.