Ti-6Al-4V Titanyum Alaşımına Giriş

Bu Gönderiyi Paylaş

İçindekiler

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:

ElementAğırlık %
TitanyumDenge
Alüminyum5.5 – 6.75
Vanadyum3.5 – 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:

MülkiyetDeğer
Yoğunluk4.43 g/cm3
Erime Noktası1604 – 1660°C
Çekme Dayanımı895 – 1170 MPa
Akma Dayanımı825 – 1103 MPa
Uzama8 – 16%
Elastik Modül114 GPa
Yorulma Dayanımı400 – 500 MPa
Kırılma Tokluğu55 – 115 MPa-m^1/2
Korozyon DirenciMükemmel
Biyo-uyumlulukMükemmel

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:

EndüstriUygulamalar
Havacılık ve UzayUçak motoru bileşenleri, uçak gövdeleri, bağlantı elemanları, hidrolik sistemler
BiyomedikalCerrahi implantlar, ortopedik ve diş protezleri
DenizcilikPervaneler, açık deniz platform kuleleri, boru hatları, ısı eşanjörleri
KimyasalTanklar, borular, vanalar, pompalar, reaksiyon kapları
OtomotivValfler, bağlantı çubukları, süspansiyon yayları
Enerji üretimiBuhar türbini kanatları, atık yakma fırını parçaları, ısı eşanjörleri
Spor malzemeleriGolf 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
Ti-6Al-4V Titanyum Alaşımına Giriş 4

Ti-6Al-4V Özellikler

Ti-6Al-4V aşağıdaki spesifikasyonlar kapsamındadır:

StandartBaşlık
AMS 4911Titanyum 6Al-4V alaşımı, tavlanmış sac/şerit/plaka
ASTM B348Titanyum ve titanyum alaşımlı çubuklar ve kütükler
ASTM F1472Cerrahi implant uygulamaları için işlenmiş titanyum-6alüminyum-4vanadyum alaşımı
ASTM F1108Cerrahi implantlar için Titanyum-6Alüminyum-4Vanadyum alaşımı
AMS 4928Yatırım dökümleri, korozyona dayanıklı çelik, yüksek mukavemetli, vakumda eritilmiş, titanyum alaşımları
AMS 4965Titanyum alaşımlı levha, şerit ve plaka 6Al -4V tavlanmış
MSRR 9545Titanyum 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 FormuBoyut Aralığı
Levha0.4 – 6,35 mm kalınlık
Tabak6 – 250 mm kalınlık
Bar650 mm çapa kadar
Çubuk650 mm çapa kadar
Tel0.1 – 15 mm çap
Tüp2 – 300 mm çap
DökümlerÖzel boyutlar ve şekiller
DövülerekÖzel 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 SınıfıÇekme Dayanımı (min) MPaAkma Dayanımı (min) MPa
5. Sınıf895825
23. Sınıf965895
24. Sınıf11701103

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 FormuKg 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:

SüreçTipik Isıl İşlem
Tavlama2 saat boyunca 705°C, havada soğutun
Gerilme giderme480 – 2 – 4 saat boyunca 650°C, havada soğutma
Çözüm tedavisi930 – 1 saat boyunca 955°C, su ile söndürme
Yaşlanma2 – 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
Hazırlanmış Metal Tozları

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
Ti-6Al-4V Titanyum Alaşımına Giriş 5

Ti-6Al-4V ve Diğer Titanyum Alaşımları

Ti-6Al-4V diğer popüler titanyum alaşımlarına kıyasla nasıldır?

AlaşımGüçKorozyon DirenciMaliyetKullanım Örnekleri
Ti-6Al-4VYüksekMükemmelOrta düzeydeHavacılık, denizcilik, biyomedikal
CP TitanyumOrtaMükemmelDüşükKimyasal, deniz suyu sistemleri
Ti-10V-2Fe-3AlÇok YüksekİyiYüksekHavacılık ve uzay bağlantı elemanları, donanım
Ti-3Al-2.5VOrtaMükemmelOrta düzeydeJet motorları, uçak gövdeleri
Ti-13V-11Cr-3AlYüksekMükemmelÇok YüksekHavacılık 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.

daha fazla 3D baskı süreci öğrenin

Bültenimize Abone Olun

Güncellemeleri alın ve en iyilerden öğrenin

Keşfedilecek Daha Fazla Şey

Scroll to Top