Ti-6Al-4Vgrade 5 titanyum alaşımı olarak da bilinen Ti-6Al-4V, çeşitli uygulamalarda kullanılan en popüler titanyum alaşımlarından biridir. Bu makale, bileşimi, özellikleri, uygulamaları, teknik özellikleri, fiyatlandırması, kullanımı ve daha fazlası dahil olmak üzere Ti-6Al-4V hakkında kapsamlı bir genel bakış sunmaktadır.
Ti-6Al-4V Kompozisyon
Ti-6Al-4V, %6 alüminyum, %4 vanadyum, %0,25 (maksimum) demir, %0,2 (maksimum) oksijen ve geri kalan titanyum içeren bir alfa-beta titanyum alaşımıdır. İşte Ti-6Al-4V'nin nominal bileşimi:
| Element | Ağırlık % |
|---|---|
| Titanyum | Denge |
| Alüminyum | 5.5 – 6.75 |
| Vanadyum | 3.5 – 4.5 |
| Demir | ≤ 0.3 |
| Oksijen | ≤ 0.2 |
Alüminyum alfa fazını stabilize eder ve güçlendirirken, vanadyum beta fazı oluşumunu sağlar. Alfa ve beta fazlarının kombinasyonu Ti-6Al-4V'ye mükemmel mukavemet, korozyon direnci ve işlenebilirlik kazandırır.
Ti-6Al-4V Özellikleri
Ti-6Al-4V, onu havacılık, tıp, denizcilik ve diğer uygulamalar için avantajlı kılan aşağıdaki özelliklere sahiptir:
| Mülkiyet | Değer |
|---|---|
| Yoğunluk | 4.43 g/cm3 |
| Erime Noktası | 1604 – 1660°C |
| Çekme Dayanımı | 895 – 1170 MPa |
| Akma Dayanımı | 825 – 1103 MPa |
| Uzama | 8 – 16% |
| Elastik Modül | 114 GPa |
| Yorulma Dayanımı | 400 – 500 MPa |
| Kırılma Tokluğu | 55 – 115 MPa-m^1/2 |
| Korozyon Direnci | Mükemmel |
| Biyo-uyumluluk | Mükemmel |
Anahtar özellikler:
- Yüksek mukavemet/ağırlık oranı ile hafif
- Aşırı sıcaklıklara dayanıklıdır
- Yüksek yorulma dayanımı
- Korozyona, asitlere, klorürlere karşı dayanıklı
- İmplantlar ve protezler için uyumlu
Ti-6Al-4V Uygulamaları
Ti-6Al-4V, benzersiz özellik kombinasyonu nedeniyle aşağıdaki ana uygulamalarda kullanılır:
| Endüstri | Uygulamalar |
|---|---|
| Havacılık ve Uzay | Uçak motoru bileşenleri, uçak gövdeleri, bağlantı elemanları, hidrolik sistemler |
| Biyomedikal | Cerrahi implantlar, ortopedik ve diş protezleri |
| Denizcilik | Pervaneler, açık deniz platform kuleleri, boru hatları, ısı eşanjörleri |
| Kimyasal | Tanklar, borular, vanalar, pompalar, reaksiyon kapları |
| Otomotiv | Valfler, bağlantı çubukları, süspansiyon yayları |
| Enerji üretimi | Buhar türbini kanatları, atık yakma fırını parçaları, ısı eşanjörleri |
| Spor malzemeleri | Golf sopaları, bisiklet çerçeveleri, tenis raketleri, hokey sopaları |
Ti-6Al-4V daha hafif, daha hızlı ve daha dayanıklı bileşenler ve ekipmanlar tasarlanmasına olanak tanır.
Ti-6Al-4V Özellikler
Ti-6Al-4V aşağıdaki spesifikasyonlar kapsamındadır:
| Standart | Başlık |
|---|---|
| AMS 4911 | Titanyum 6Al-4V alaşımı, tavlanmış sac/şerit/plaka |
| ASTM B348 | Titanyum ve titanyum alaşımlı çubuklar ve kütükler |
| ASTM F1472 | Cerrahi implant uygulamaları için işlenmiş titanyum-6alüminyum-4vanadyum alaşımı |
| ASTM F1108 | Cerrahi implantlar için Titanyum-6Alüminyum-4Vanadyum alaşımı |
| AMS 4928 | Yatırım dökümleri, korozyona dayanıklı çelik, yüksek mukavemetli, vakumda eritilmiş, titanyum alaşımları |
| AMS 4965 | Titanyum alaşımlı levha, şerit ve plaka 6Al -4V tavlanmış |
| MSRR 9545 | Titanyum alaşımı, levha, şerit ve plaka 6Al – 4V, tavlanmış |
Bunlar alaşım bileşim limitleri, mekanik özellikler, ısıl işlem, mikroyapı gereksinimleri, korozyon testi ve diğer parametreleri kapsar.
Ti-6Al-4V Ürün Formları
Ti-6Al-4V aşağıdaki formlarda, boyutlarda, şekillerde ve yüzeylerde üretilmektedir:
| Ürün Formu | Boyut Aralığı |
|---|---|
| Levha | 0.4 – 6,35 mm kalınlık |
| Tabak | 6 – 250 mm kalınlık |
| Bar | 650 mm çapa kadar |
| Çubuk | 650 mm çapa kadar |
| Tel | 0.1 – 15 mm çap |
| Tüp | 2 – 300 mm çap |
| Dökümler | Özel boyutlar ve şekiller |
| Dövülerek | Özel boyutlar ve şekiller |
Yüzey işlemleri arasında sıcak haddelenmiş, soğuk haddelenmiş, tavlanmış, cilalanmış, işlenmiş, salamura edilmiş, kireç çözülmüş ve daha fazlası bulunur.
Ti-6Al-4V Kaliteleri
Ti-6Al-4V, minimum gerilme ve akma mukavemeti seviyelerinde farklılık gösteren aşağıdaki ASTM dereceleri kapsamındadır:
| ASTM Sınıfı | Çekme Dayanımı (min) MPa | Akma Dayanımı (min) MPa |
|---|---|---|
| 5. Sınıf | 895 | 825 |
| 23. Sınıf | 965 | 895 |
| 24. Sınıf | 1170 | 1103 |
Grade 5 Ti-6Al-4V standart özellikleri sağlarken, Grade 23 ve 24 yüksek mukavemetli varyantlardır.
Ti-6Al-4V Tedarikçiler
Ti-6Al-4V, aşağıdaki büyük titanyum tedarikçilerinden ve distribütörlerinden kolayca temin edilebilir:
- ATI
- VSMPO-AVISMA
- Batı Metal Malzemeleri
- Baoji Titanyum Sanayi A.Ş.
- Batı Süperiletken Teknolojileri
- Titanyum Endüstrisi
Küresel titanyum sünger üretim kapasitesinin 2020 yılında 330.000 ton civarında olacağı ve bunun büyük kısmının Ti-6Al-4V üretimi için kullanılacağı tahmin ediliyor.
Ti-6Al-4V Fiyatlandırma
2023 itibariyle Ti-6Al-4V fiyatı yaklaşık olarak şöyledir:
| Ürün Formu | Kg Başına Fiyat Aralığı |
|---|---|
| Levha/Plaka | $15 – $50 |
| Bar/Rod | $15 – $35 |
| Tel | $25 – $60 |
| Tüp | $20 – $45 |
| Dökümler | $25 – $100 |
| Dövülerek | $25 – $100 |
Fiyatlar boyut, kalınlık, kalite, sipariş edilen miktar, işleme, teslim süreleri ve arz-talep dinamiklerine göre değişir. Fabrikalar genellikle hacim bazlı indirimler sunar.
Ti-6Al-4V İşleme
Ti-6Al-4V düşük termal iletkenliğe sahiptir, bu nedenle işleme sırasında ısı yavaşça dağılır. Önerilen teknikler şunları içerir:
- Titreşimi en aza indirmek için sert kurulumlar kullanın
- Yavaş ilerlemeler/derinlikler ile yüksek kesme hızları kullanın
- Keskin kesici kenarlara sahip yüksek pozitif eğimli aletler kullanın
- Emülsiyonlar kullanarak ağır taşkın soğutma uygulayın
- İş sertleşmesini önlemek için talaş oluşumunu kontrol edin
Karbür, sermet, CBN ve elmas aletler yaygın olarak kullanılır. Sülfür içeren soğutuculardan kaçınılmalıdır.
Ti-6Al-4V Kaynak
Ti-6Al-4V, GTAW, PAW, LBW ve diğer yöntemler kullanılarak kaynaklanabilir. Önlemler şunları içerir:
- Oksidasyonu önlemek için inert gaz korumasını sürdürün
- Çatlakları ve mukavemet kaybını önlemek için ısı girişini sınırlayın
- Kaynak sonrası ısıl işlem gerekebilir
- Dolgu metalinin bileşimini ana metalle eşleştirin
Yaygın dolgu metalleri arasında ER5356 ve ER2319 bulunur.
Ti-6Al-4V Isıl İşlem
Ti-6Al-4V, mikroyapısını ve mekanik özelliklerini değiştirmek için ısıl işleme tabi tutulabilir:
| Süreç | Tipik Isıl İşlem |
|---|---|
| Tavlama | 2 saat boyunca 705°C, havada soğutun |
| Gerilme giderme | 480 – 2 – 4 saat boyunca 650°C, havada soğutma |
| Çözüm tedavisi | 930 – 1 saat boyunca 955°C, su ile söndürme |
| Yaşlanma | 2 – 8 saat boyunca 480 – 595°C, havada soğutma |
Tavlama sünekliği ve işlenebilirliği artırır. Yaşlandırma mukavemeti artırır. Uygun ısıl işlem, özellikleri optimize etmek için kritik öneme sahiptir.
Ti-6Al-4V Dövme
Dövme, mükemmel yorulma mukavemetine sahip sağlam Ti-6Al-4V bileşenleri oluşturur. Anahtar dövme özellikleri:
- Dövme sıcaklığına kadar yavaşça ısıtın 700 – 850°C
- Ara tavlamalarla çoklu dövme işlemleri gerekebilir
- Tavlama öncesi sıcak trim dövme parçaları
- Gerilmeleri azaltmak için dövme sonrası tavlama
- Makine payı 1 – 2 mm olmalıdır
Çekiçler veya presler altında kapalı kalıpta dövme en iyi özellikleri üretir. Titanyum dövme için ağır kuvvetler gerektirir.
Ti-6Al-4V Döküm
Ti-6Al-4V'nin hassas dökümü, iyi yüzey kalitesine sahip karmaşık şekillerin yapılmasını sağlar:
- Sağlam dökümler için çoklu kapılar ve yükseltiler kullanın
- Eritme ve döküm sırasında inert atmosferi koruyun
- Sıcak izostatik presleme (HIP) iç kusurları ortadan kaldırmaya yardımcı olur
- Alfa kılıfını çıkarmak için yüzeyi kimyasal olarak frezeleyin
- Sünekliği artırmak için dökümlere tavlama
Döküm Ti-6Al-4V, dövme ürünlere göre daha düşük yorulma dayanımına sahiptir.
Ti-6Al-4V Birleştirme
Yaygın Ti-6Al-4V birleştirme yöntemleri şunlardır:
- Füzyon kaynağı (GTAW, PAW, LBW, elektron ışını)
- Ti-Cu-Ni dolgu metalleri kullanarak sert lehimleme
- Mekanik sabitleme, cıvatalar, perçinler
- Epoksi veya poliimid kullanarak yapışkan bağlama
Bağlantı mukavemeti kullanılan işleme bağlıdır. Alaşım bileşiminin eşleştirilmesi ve kontaminasyonun en aza indirilmesi çok önemlidir.
Ti-6Al-4V İşleme
Ti-6Al-4V için önerilen elleçleme uygulamaları:
- Cilt yağları ve tuzlarından kaynaklanan kontaminasyonu önlemek için temiz eldivenler kullanın
- Kadmiyum, cıva, galyum gibi tehlikeli metallerle temastan kaçının
- Asitlere, klorürlere ve diğer aşındırıcı kimyasallara maruz kalmayı önleyin
- Nemden uzak, serin, kuru ve inert ortamlarda saklayın
- Taşıma ve depolama sırasında çizilmelere, çentiklere ve eziklere karşı korur
Titanyum tozu son derece yanıcıdır ve statik boşalmaya karşı hassastır. Uygun topraklama, havalandırma ve temizleme prosedürlerini izleyin.
Ti-6Al-4V Güvenlik
Titanyum alaşımlarının taşınması için temel güvenlik önlemleri:
- Uygun KKD kullanın – göz koruması, toz maskesi, eldiven
- İşleme sırasında yeterli yerel egzoz havalandırması kullanın
- Kaynak veya termal kesimden çıkan dumanı solumaktan kaçının
- Talaş ve toz birikimini önleyin
- Yeterli yangın söndürme ekipmanının mevcut olduğundan emin olun
- Sıkıştırılmış gaz tüpleri ve kriyojenler için güvenli uygulamaları takip edin
Titanyumun kendisi düşük toksisiteye sahiptir, ancak işleme tehlikeli partiküller üretebilir.
Ti-6Al-4V Muayenesi
Ti-6Al-4V parçalar tipik olarak şu şekilde denetlenir:
- Kusurlar için görsel ve makro inceleme
- Yüzey kusurlarını tespit etmek için sıvı penetrant testi
- İç bütünlük için ultrasonik denetim
- X-ışını veya gama ışını kullanılarak yapılan radyografik testler
- Çatlak ve boşlukları belirlemek için girdap akımı yöntemleri
- Prova testi ve bitmiş bileşenlerin basınç testi
Tane yapısı, alfa kasa derinliği, yüzey kalitesi ve boyutlar da yaygın olarak kontrol edilir.
Ti-6Al-4V Kalite Güvencesi
Ti-6Al-4V tedarikçileri şu sertifikalara sahip kalite sistemlerine sahip olmalıdır:
- ISO 9001 Kalite Yönetimi
- AS9100 Havacılık ve Uzay standardı
- ISO 13485 Tıbbi cihazlar standardı
- NADCAP Isıl işlem ve NDT gibi özel prosesler
Uçak gövdesi ve tıbbi uygulamaların ek düzenleyici gereklilikleri vardır.
Ti-6Al-4V'nin Avantajları
- Mükemmel güç/ağırlık oranı
- Aşırı sıcaklıklara dayanıklıdır
- Birçok ortamda korozyona karşı dayanıklıdır
- İmplantlar için biyo-uyumlu
- Özellikleri uyarlamak için ısıl işlem uygulanabilir
- Kolayca şekillendirilebilir ve işlenebilir
- Birçok nitelikli tedarikçiden temin edilebilir
Ti-6Al-4V'nin Sınırlamaları
- Çeliklerden ve alüminyum alaşımlarından daha pahalı
- Çelikten daha düşük sertlik
- Tam sertliğe kadar ısıl işlem uygulanamaz
- İşleme sırasında safra ve tutukluğa maruz kalma
- Kesit boyutları dövme ve döküm kabiliyetleri ile sınırlıdır
- Eritme için kontrollü inert atmosfer gerekir
Ti-6Al-4V ve Diğer Titanyum Alaşımları
Ti-6Al-4V diğer popüler titanyum alaşımlarına kıyasla nasıldır?
| Alaşım | Güç | Korozyon Direnci | Maliyet | Kullanım Örnekleri |
|---|---|---|---|---|
| Ti-6Al-4V | Yüksek | Mükemmel | Orta düzeyde | Havacılık, denizcilik, biyomedikal |
| CP Titanyum | Orta | Mükemmel | Düşük | Kimyasal, deniz suyu sistemleri |
| Ti-10V-2Fe-3Al | Çok Yüksek | İyi | Yüksek | Havacılık ve uzay bağlantı elemanları, donanım |
| Ti-3Al-2.5V | Orta | Mükemmel | Orta düzeyde | Jet motorları, uçak gövdeleri |
| Ti-13V-11Cr-3Al | Yüksek | Mükemmel | Çok Yüksek | Havacılık ve uzay bileşenleri |
Ti-6Al-4V makul bir maliyetle en iyi çok yönlü özellikleri sağlar. Diğer alaşımlar özel uygulamalar için daha yüksek mukavemet veya korozyon performansı sunar.
SSS
S: Ti-6Al-4V ne için kullanılır?
C: Ti-6Al-4V, yüksek mukavemet, düşük ağırlık ve korozyon direncinin gerekli olduğu havacılık, denizcilik, kimyasal işleme, biyomedikal ve tüketici uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır.
S: Ti-6Al-4V çelikten daha mı güçlüdür?
C: Evet, Ti-6Al-4V çoğu çelikten daha yüksek mukavemet/ağırlık oranına sahiptir, ancak daha düşük sertliğe sahiptir. Alüminyumdan yaklaşık daha ağırdır.
S: Ti-6Al-4V tıbbi implantlar için uyumlu mudur?
C: Evet, Ti-6Al-4V mükemmel biyouyumluluğa sahiptir ve genellikle eklem replasmanları, diş implantları, kalp pilleri ve kırık sabitleme cihazları için kullanılır.
S: Ti-6Al-4V ısıl işlem gerektirir mi?
C: Ti-6Al-4V, özelliklerini değiştirmek için ısıl işleme tabi tutulabilir. Çözelti işlemi ve yaşlandırma mukavemetini önemli ölçüde artırabilir.
S: Grade 5 ve Grade 23 Ti-6Al-4V arasındaki fark nedir?
C: Grade 5, minimum 895 MPa gerilme mukavemetine sahip standart alaşımdır. Grade 23, minimum 965 MPa'lık daha yüksek mukavemet gereksinimlerine sahiptir.
S: Ti-6Al-4V'nin korozyon direnci nedir?
C: Ti-6Al-4V çoğu asit, klorür ve tuzlu su ortamına karşı mükemmel korozyon direncine sahiptir. Pasifliği geniş bir pH aralığında korunur.
S: Ti-6Al-4V kaynağı yapabilir misiniz?
C: Evet, Ti-6Al-4V kaynağı için GTAW, LBW ve PAW gibi kaynak yöntemleri kullanılabilir. Bağlantı bütünlüğünü sağlamak için uygun prosedürler izlenmelidir.
S: Ti-6Al-4V'nin diğer metallere kıyasla maliyeti nedir?
C: Pound bazında, Ti-6Al-4V çeliklerden ve alüminyum alaşımlarından daha pahalıdır, ancak Inconel veya Hastelloy gibi egzotik alaşımlardan daha ucuzdur.
S: Ti-6Al-4V için bazı alternatifler nelerdir?
C: Havacılık ve uzay kullanımı için Ti-10V-2Fe-3Al daha yüksek mukavemet sağlar. Korozyon direnci için CP Titanyum veya Ti-3Al-2.5V mükemmeldir. Ti-1023 ve Ti-5553 daha yeni yüksek mukavemetli alaşımlardır.
