GR5 (Ti-6Al-4V), titanyum alaşımlarının "301 paslanmaz çeliğidir"; yaygın olarak kullanılır ve geniş bir uygulama aralığına sahiptir. Roket gövdelerinden insan kemiği implantlarına kadar GR5 her yerde mevcuttur. Saf titanyumla arasındaki temel farklar nelerdir?
GR5 Kompozisyon Tasarımı
GR5 Bileşimi: Titanyum-bazlı alüminyum %5,5-6,5, Vanadyum %3,5-4,5. Alüminyum, gücü ve sıcaklık direncini iyileştiren bir -dengeleyici elementtir-. Vanadyum, alaşımın oda sıcaklığında + çift-fazlı yapısını korumasını sağlayan bir -stabilize edici elementtir-. Faz, yüksek-sıcaklık stabilitesi sağlarken faz, oda sıcaklığında dayanıklılık sağlar. Bu çift fazlı yapı GR5'in performans dengesinin anahtarıdır.
GR1/GR2 tek-fazlı alaşımlardır-düşük mukavemetli (GR2 çekme mukavemeti 345MPa) ancak iyi plastikliğe sahiptirler ve esas olarak kimyasal ekipmanlarda ve plakalı ısı eşanjörlerinde kullanılırlar. GR5, GR2'nin 2,7 katı olan 950MPa'lık bir gerilme mukavemetine sahiptir, ancak uzaması GR2'nin yalnızca yarısı kadardır.
Havacılık ve Uzay Uygulamaları
Roket Yakıt Tankları: SpaceX Falcon 9 yakıt tankları 2219 alüminyum alaşımı kullanır, ancak ikinci-aşama motor kabuğu GR5 kullanır; alüminyum alaşımlarının gücü yüksek sıcaklıklarda çok fazla düşer. GR5, 400 derecede 500MPa'ya ulaşır; bu, 2219'un iki katıdır.
Uydu desteği ve bağlantı elemanları: GR5, çeliğin %56'sı olan 4,43 g/cm³ yoğunluğa sahiptir. Bir uydudaki her kilogram ağırlık azalması, fırlatma maliyetlerinde 10.000 ABD doları tasarruf sağlar-Çelik bağlantı elemanlarının yerine GR5, ağırlığın azaltılması için ekonomik bir seçimdir. Motorun kriyojenik bölümündeki 17-4PH cıvataların GR5 ile değiştirilmesi, ağırlığın %44 oranında azalmasına neden olur.
Tıbbi İmplantlar
GR5 ortopedik implantlar-kalça eklemleri, diz eklemleri, kemik plakaları ve diş implantları için standart bir malzemedir. Üç neden: iyi biyouyumluluk (TiO2 filmi titanyum yüzeyinde kendiliğinden oluşur,-toksik değildir ve-reddetmez); 110 GPa'lık bir elastik modül, kemiğin 20-30 GPa'sına daha yakın %55 kobalt-krom alaşımı-, stres koruma etkilerini azaltır; ve yük taşıma gereksinimlerini karşılayan 950 MPa'lık bir güç.
Ancak GR5'in elastik modülü hala kemikten yüksektir-uzun-dönemli implantasyon kemik erimesine neden olabilir. Şu anda gözenekli GR5 (%50-70 gözeneklilik ile 3D baskı) elastik modülü süngerimsi kemiğe daha yakın olan 15-30 GPa'ya düşürebilir.
GR5'in İşleme Zorlukları
Titanyum Alaşımının Yüksek Kesme Sıcaklığı – Titanyumun termal iletkenliği çeliğin yalnızca 1/4'ü kadardır ve kesme ısısını kesici kenarda yoğunlaştırarak takımın hızlı aşınmasına neden olur. GR5'in karbür takımlarla tornalanması, 40 m/dak'lık bir doğrusal hız gerektirir; bu, 304 paslanmaz çeliğin işlenmesi için gereken hızın 1/3'üdür. Klor-içeren soğutma sıvısı gereklidir; sıradan emülsiyonlar etkisizdir.