Το GR5 (Ti-6Al-4V) είναι ο "ανοξείδωτος χάλυβας 301" των κραμάτων τιτανίου - χρησιμοποιείται ευρέως και έχει ευρύ φάσμα εφαρμογών. Από σώμα πυραύλων μέχρι εμφυτεύματα ανθρώπινων οστών, το GR5 είναι πανταχού παρόν. Ποιες είναι οι θεμελιώδεις διαφορές μεταξύ αυτού και του καθαρού τιτανίου;
GR5 Σχεδιασμός Σύνθεσης
GR5 Σύνθεση: αλουμίνιο-με βάση το τιτάνιο 5,5-6,5%, βανάδιο 3,5-4,5%. Το αλουμίνιο είναι ένα -σταθεροποιητικό στοιχείο-που βελτιώνει την αντοχή και τη θερμοκρασία. Το βανάδιο είναι ένα -σταθεροποιητικό στοιχείο-που επιτρέπει στο κράμα να διατηρεί μια δομή + διπλής-φάσης σε θερμοκρασία δωματίου. Η φάση εξασφαλίζει υψηλή{16}}σταθερότητα θερμοκρασίας, ενώ η φάση εξασφαλίζει αντοχή σε θερμοκρασία δωματίου. Αυτή η δομή διπλής φάσης είναι το κλειδί για την ισορροπία απόδοσης του GR5.
Τα GR1/GR2 είναι μονοφασικά-κράματα-χαμηλής αντοχής (αντοχή εφελκυσμού GR2 345 MPa) αλλά καλής πλαστικότητας, που χρησιμοποιούνται κυρίως σε χημικό εξοπλισμό και πλάκες εναλλάκτες θερμότητας. Το GR5 έχει αντοχή εφελκυσμού 950 MPa, 2,7 φορές μεγαλύτερη από το GR2, αλλά η επιμήκυνσή του είναι μόνο η μισή από αυτή του GR2.
Αεροδιαστημικές Εφαρμογές
Δεξαμενές καυσίμου πυραύλων: Οι δεξαμενές καυσίμου SpaceX Falcon 9 χρησιμοποιούν κράμα αλουμινίου 2219, αλλά το κέλυφος του κινητήρα του δεύτερου- σταδίου χρησιμοποιεί GR5 - η αντοχή των κραμάτων αλουμινίου πέφτει πάρα πολύ σε υψηλές θερμοκρασίες. Το GR5 αποδίδει σε 500MPa στους 400 βαθμούς, διπλάσιο από αυτό των 2219.
Δορυφορική υποστήριξη και συνδετήρες: Το GR5 έχει πυκνότητα 4,43 g/cm³, δηλαδή 56% εκείνη του χάλυβα. Κάθε κιλό μείωσης βάρους σε έναν δορυφόρο εξοικονομεί 10.000 $ σε κόστος εκτόξευσης-Η αντικατάσταση των χαλύβδινων συνδετήρων GR5 είναι μια οικονομική επιλογή για μείωση βάρους. Η αντικατάσταση των μπουλονιών 17-4PH με GR5 στο κρυογονικό τμήμα του κινητήρα έχει ως αποτέλεσμα μείωση βάρους 44%.
Ιατρικά Εμφυτεύματα
Το GR5 είναι ένα τυπικό υλικό για ορθοπεδικά εμφυτεύματα-αρθρώσεις ισχίου, αρθρώσεις γονάτων, οστικές πλάκες και οδοντικά εμφυτεύματα. Τρεις λόγοι: καλή βιοσυμβατότητα (ταινία TiO2 σχηματίζεται αυθόρμητα στην επιφάνεια του τιτανίου, μη-τοξική και μη-απορριπτική). μέτρο ελαστικότητας 110 GPa, 55% κοβαλτίου-κράματα χρωμίου-πιο κοντά στα 20-30 GPa του οστού, μειώνοντας τα αποτελέσματα θωράκισης από την καταπόνηση. και αντοχή 950 MPa, ικανοποιώντας τις φέρουσες απαιτήσεις.
Ωστόσο, το μέτρο ελαστικότητας του GR5 εξακολουθεί να είναι υψηλότερο από το οστό-μακροπρόθεσμη-εμφύτευση μπορεί να προκαλέσει οστική απορρόφηση. Επί του παρόντος, το πορώδες GR5 (3D εκτυπωμένο με πορώδες 50-70%) μπορεί να μειώσει το μέτρο ελαστικότητας στα 15-30 GPa, πιο κοντά στο σπογγώδες οστό.
Μηχανουργικές Προκλήσεις του GR5
Υψηλή θερμοκρασία κοπής του κράματος τιτανίου – Η θερμική αγωγιμότητα του τιτανίου είναι μόνο το 1/4 αυτής του χάλυβα, συγκεντρώνοντας τη θερμότητα κοπής στην αιχμή και προκαλώντας γρήγορη φθορά του εργαλείου. Η περιστροφή του GR5 με εργαλεία καρβιδίου απαιτεί γραμμική ταχύτητα 40 m/min, που είναι το 1/3 της ταχύτητας που απαιτείται για την κατεργασία του ανοξείδωτου χάλυβα 304. Απαιτείται{9}}ψυκτικό που περιέχει χλώριο - τα συνηθισμένα γαλακτώματα είναι αναποτελεσματικά.