Titanium 6Al-4V Gred 5: Komposisi, Sifat dan Aplikasi

Apakah Titanium 6Al-4V Gred 5?

Ti-6Al-4V, titanium Gred 5 yang ditetapkan di bawah piawaian ASTM dan UNS R56400, ialah aloi titanium yang paling banyak digunakan, menyumbang kira-kira separuh daripada penggunaan aloi titanium global. Ia mengandungi kira-kira 6 peratus aluminium dan 4 peratus vanadium: aluminium menstabilkan fasa alfa dan meningkatkan kekuatan dan rintangan rayapan, manakala vanadium menstabilkan fasa beta dan meningkatkan kebolehkerjaan dan kebolehrawatan haba. Aloi dikelaskan sebagai alfa-beta, dan gabungan kekuatan tinggi, ketumpatan rendah, rintangan kakisan, dan biokompatibiliti menjadikannya pilihan lalai untuk menuntut komponen aeroangkasa, marin, perubatan dan industri.

Komposisi Kimia

Had mengikut ASTM B265 dan piawaian produk yang sepadan. Untuk aplikasi implan pembedahan, varian ELI (ekstra-interstisial rendah) Ti-6Al-4V ELI, UNS R56401, mengurangkan had oksigen dan besi untuk meningkatkan keliatan patah dan dinyatakan di bawah ASTM F136.

Sifat Mekanikal dan Fizikal

Sifat mekanikal minimum bagi setiap ASTM B348 untuk bar anil ialah kekuatan tegangan 895 MPa, kekuatan hasil 825 MPa dan pemanjangan 10 peratus. Bahan penyelesaian-yang dirawat dan ditua (STA) boleh mencapai kira-kira 1,100 MPa kekuatan tegangan dengan kemuluran yang dikurangkan, itulah sebabnya keadaan anil adalah standard untuk fabrikasi umum.

Standard dan Borang Produk

Gred 5 dibekalkan dalam setiap bentuk kilang di bawah piawaian khusus: plat, kepingan dan jalur setiap ASTM B265 dan AMS 4911; bar dan bilet setiap ASTM B348 dan AMS 4928; paip lancar dan dikimpal setiap ASTM B861 dan B862; tiub pemeluwap setiap ASTM B338; wayar setiap ASTM B863 dan AMS 4954; dan penempaan bagi setiap AMS 4928 atau ASTM F136 untuk{12}}bahagian gred implan. Gred setara Cina termasuk TC4 di bawah GB/T 3621 untuk plat dan GB/T 2965 untuk bar. Pembeli harus mengesahkan kemarahan, dimensi dan tahap ujian, dan meminta sijil kilang dengan data kimia dan mekanikal setiap EN 10204 jenis 3.1 atau 3.2 apabila diperlukan oleh projek.

Rawatan dan Pemprosesan Haba

Gred 5 adalah haba-boleh dirawat. Kilang-penyepuhlindapan pada kira-kira 700 hingga 790 darjah Celsius diikuti dengan penyejukan udara menghasilkan struktur equiaxed seragam dengan kemuluran yang baik. Rawatan penyelesaian dan penuaan, biasanya penyelesaian pada 900 hingga 960 darjah Celsius, pelindapkejutan air, dan penuaan pada 480 hingga 595 darjah Celsius, meningkatkan kekuatan tegangan sebanyak kira-kira 15 peratus sambil mengurangkan pemanjangan. Penempaan biasanya dilakukan dalam medan alfa-beta antara 900 dan 980 darjah Celsius dan kimpalan menggunakan GTAW dengan pengisi ERTi-5 di bawah perisai argon yang ketat; zon kimpalan mesti dilindungi sehingga suhu turun di bawah kira-kira 300 darjah Celsius untuk mengelakkan pencemaran oksigen dan nitrogen.

Rintangan Kakisan

Ti-6Al-4V menentang air laut, larutan klorida, asid pengoksidaan dan kebanyakan media organik melalui filem oksidanya yang stabil. Ia kebal terhadap lubang klorida dan retakan kakisan tegasan dalam persekitaran marin, yang menyokong penggunaannya dalam platform luar pesisir, aci kipas dan perkakasan dasar laut. Ia tidak disyorkan untuk mengurangkan asid dengan kuat seperti asid hidroklorik atau sulfurik pekat panas, di mana gred tanpa aloi atau paladium berprestasi lebih baik. Sentuhan dengan keluli atau aluminium dalam pemasangan basah mesti diasingkan untuk mengelakkan kakisan galvanik logam kurang mulia.

Aplikasi

Aeroangkasa: komponen struktur rangka udara, gear pendaratan, lekap enjin, pengikat dan tiub hidraulik. Pengekalan kekuatan aloi kepada kira-kira 400 darjah Celsius dan rintangan keletihan menjadikannya tulang belakang pembinaan pesawat.

Perubatan: implan pembedahan seperti batang pinggul, komponen lutut dan plat tulang, biasanya sebagai Ti-6Al-4V ELI setiap ASTM F136, dinilai untuk keserasian bio dan osseointegrasi.

Laut dan luar pesisir: aci kipas, paip air laut, penukar haba dan-perumah laut dalam yang memerlukan hayat-bebas kakisan yang lama.

Sukan permotoran dan automotif: rod penyambung, injap, sistem ekzos dan spring suspensi di mana penjimatan berat membenarkan kos.

Kimia dan tenaga: badan injap, komponen pam dan bahagian penukar haba dalam aliran proses-yang sarat klorida.

Nota Pemilihan

Pilih Gred 5 apabila kekuatan, rintangan keletihan dan suhu perkhidmatan sehingga 400 darjah Celsius memacu reka bentuk. Jika keutamaan adalah kebolehbentukan maksimum dan kebolehkimpalan dalam bahagian nipis, Gred 9 (Ti-3Al-2.5V) ialah pilihan yang lebih baik; jika persekitaran menjadi kebimbangan utama dan beban adalah rendah, Gred 2 tulen secara komersial menawarkan kos yang lebih rendah. Untuk implan pembawa beban, nyatakan Ti-6Al-4V ELI dan sahkan pematuhan ASTM F136 dan peraturan peranti perubatan yang berkenaan.

Soalan Lazim

Apakah nombor UNS untuk titanium Gred 5?

Nombor UNS ialah R56400 untuk Ti-6Al-4V standard dan R56401 untuk varian gred implan ELI.

Adakah titanium Gred 5 lebih kuat daripada Gred 2?

Ya, dengan jidar yang lebar: Gred 5 sepuhlindap mempunyai kekuatan tegangan minimum 895 MPa berbanding 345 MPa untuk Gred 2, kira-kira 2.5 kali lebih tinggi, dengan keupayaan suhu tinggi-yang lebih baik.

Bolehkah Ti-6Al-4V dikimpal?

Ya, dengan kimpalan arka tungsten gas dan pengisi ERTi-5 di bawah perisai argon yang ketat pada muka dan akar; kimpalan menyejuk dengan cepat dan kekuatan dikimpal sebagai menghampiri logam asas annealed.

Apakah perbezaan antara ELI Gred 5 dan Gred 5?

ELI (tambahan-interstisial rendah) mengurangkan had oksigen dan besi, meningkatkan keliatan dan kemuluran patah dengan kos pengurangan kekuatan yang kecil; ia adalah gred yang ditentukan untuk implan pembedahan.

Adakah kakisan titanium Gred 5-tahan dalam air laut?

Ya, ia pada asasnya kebal terhadap pitting klorida, kakisan celah, dan retakan kakisan tegasan dalam air laut, itulah sebabnya ia digunakan untuk aci, perumah dan paip dalam perkhidmatan marin.

Mengapa Ti-6Al-4V sukar untuk dimesin?

Kekonduksian termanya yang rendah, kira-kira 7 W/m-K, menumpukan haba pemotongan pada tepi alat, menyebabkan haus pantas dan risiko pencucuhan cip; alatan tajam, kelajuan rendah, suapan tinggi dan-penyejuk tekanan tinggi diperlukan.