Titanyum alaşım tozları seçici lazer sinterleme (SLS) ve elektron ışını eritme (EBM) gibi eklemeli üretim süreçleri için kullanılan toz formundaki titanyum bazlı metalik malzemeleri ifade eder. Toz metalurjisi, işlenmiş ürünlere kıyasla üstün mekanik özelliklere sahip karmaşık titanyum bileşenlerin oluşturulmasına olanak tanır.
Titanyum alaşımları, yüksek mukavemet-ağırlık oranı, yorulma direnci ve korozyon direnci nedeniyle değerlidir. İnce tozlar halinde işlendiklerinde, havacılık, tıp, dişçilik, otomotiv ve diğer uygulamalar için karmaşık ve hafif parçaları 3D yazdırmak için kullanılabilirler.
Bu kılavuz, çeşitli titanyum alaşım tozları, özellikleri, uygulamaları, spesifikasyonları, tedarikçileri, maliyetleri, toz bazlı AM ekipmanının kurulumu, işletimi ve bakımı ve daha fazlası hakkında kapsamlı bir bakış sunmaktadır.
Titanyum Alaşımlı Toz Çeşitleri
Titanyum alaşımları genellikle alfa, alfa-beta ve beta alaşımları olarak kategorize edilir. Yaygın titanyum tozları şunları içerir:
| Tip | Kompozisyon | Özellikler |
|---|---|---|
| Ti-6Al-4V | 6 alüminyum, %4 vanadyum | Alfa-beta alaşımı, mukavemet, kaynaklanabilirlik nedeniyle havacılık ve uzay bileşenleri için en popüler olanı |
| Ti-6Al-7Nb | 6 alüminyum, %7 niyobyum | Alfa-beta alaşımı, Ti-6Al-4V'den daha yüksek mukavemet |
| Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr | 5'er alüminyum, molibden, vanadyum ve krom | Alfa alaşımına yakın, mükemmel korozyon direnci ve yüksek sıcaklık dayanımı |
| Ti-5553 | 5 alüminyum, %5 molibden, %4 niyobyum, %3 vanadyum, %1 zirkonyum | Yorulma mukavemeti nedeniyle kompresör parçaları için kullanılan alfa alaşımına yakın |
| Ti-10V-2Fe-3Al | 10 vanadyum, %2 demir, %3 alüminyum | Beta alaşımı, tüm titanyum alaşımları arasında en yüksek mukavemet, ancak daha düşük süneklik |
Titanyum Alaşımlı Tozların Özellikleri
Titanyum alaşım tozlarının temel özellikleri:
| Karakteristik | Detaylar |
|---|---|
| Parçacık şekli | Çoğunlukla küresel, bazı düzensiz şekiller, akışkanlığı ve paketleme yoğunluğunu etkiler |
| Parçacık boyutu dağılımı | 15-45 mikron arasında dar dağılım yaygındır, nihai parça yoğunluğunu ve kalitesini etkiler |
| Akışkanlık | Şekil, boyut dağılımı, yüzey yapısına bağlıdır – sferoidizasyon ve akış ajanları ile iyileştirilir |
| Görünür yoğunluk | Bileşime, işleme yöntemine bağlı olarak yaklaşık 2,5-3,5 g/cc – daha yükseği daha iyidir |
| Musluk yoğunluğu | Paketlemeye dayalı teorik yoğunluğun yaklaşık -80'i – daha yüksek olması nihai parça yoğunluğunu artırır |
| Oksit içeriği | İnce yüzey tabakası olarak bulunur, daha yüksek seviyeler nihai parçalarda kusurlara neden olabilir |
| Geri dönüştürülebilirlik | Oksijen ve nitrojen emilimine bağlıdır – genellikle 20'ye kadar yeniden kullanım döngüsü mümkündür |
Titanyum Alaşımlı Tozların Uygulamaları
Titanyum alaşımlı tozlar, endüstrilerdeki kritik bileşenleri katkılı olarak üretmek için kullanılır:
| Endüstri | Uygulamalar |
|---|---|
| Havacılık ve Uzay | Yapısal gövde bileşenleri, jet motor parçaları, uçak gövdeleri, türbinler |
| Tıbbi | Ortopedik ve diş implantları, protezler, cerrahi aletler |
| Otomotiv | Motor parçaları, güç aktarma organları bileşenleri, kaput altı parçaları |
| Endüstriyel | Takım, kalıp yapımı, robotik, üretim ekipmanları |
| Petrol ve gaz | Vanalar, pompalar, kuyu başı bileşenleri, borular |
| Kimyasal | Proses ekipmanları, reaktörler, ısı eşanjörleri |
Faydaları arasında ağırlık tasarrufu, özelleştirme, basitleştirilmiş montajlar, daha hızlı prototip oluşturma ve geleneksel üretime kıyasla iyileştirilmiş yaşam döngüsü maliyetleri bulunmaktadır.
Titanyum Alaşımlı Tozların Özellikleri
Titanyum alaşım tozları, AM proseslerinde kullanılmak üzere zorlu kimyasal, fiziksel ve mikroyapı özelliklerini karşılamalıdır:
| Parametre | Tipik Özellikler |
|---|---|
| Saflık | > titanyum, düşük O, C, N, H kirliliği |
| Parçacık şekli | Ağırlıklı olarak küresel |
| Parçacık boyutu | 15 ila 45 mikron |
| Boyut dağılımı | D10 > 10 mikron, D90 < 100 mikron |
| Görünür yoğunluk | >2,5 g/cc |
| Musluk yoğunluğu | >3,5 g/cc |
| Hausner oranı | <1.25 |
| Akış hızı | >25 s/50 g |
| Yüzey oksidi | <3000 ppm |
| Dökme oksijen | <2000 ppm |
| Azot | <400 ppm |
| Hidrojen | <150 ppm |
| Mikroyapı | alfa, alfa-beta veya beta fazı |
Toz kalite standartlarını karşılamak, hatasız yapılar, iyi mekanik özellikler ve yüzey kalitesi için kritik öneme sahiptir.
Titanyum Alaşım Tozları Tedarikçileri
Titanyum alaşım tozlarının önde gelen küresel tedarikçileri arasında şunlar yer almaktadır:
| Tedarikçi | Toz Sınıfları | Kalite Standartları |
|---|---|---|
| AP&C | Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb, Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr | ASTM B348, ASTM F2924, ASTM F3049 |
| Marangoz Katkısı | Ti-6Al-4V ELI, Ti-6Al-4V, Ti 6-4, Ti CP2, Ti SP700 | ASTM F2924, ASTM F3001 |
| LPW Teknoloji | Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4V ELI, Ti-6Al-7Nb, Ti 5553 | ASTM F2924, ISO 23301 |
| Praxair | Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4V ELI, Ti CP-2, Beta-C | ASTM F2924, ASTM F3001 |
| TLS Technik | Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4V ELI, Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr | ASTM F2924, ASTM F3001 |
Belirli uygulamalar için özel kaliteler de tedarik edilebilir.
Titanyum Alaşımlı Tozların Maliyeti
Titanyum alaşımı toz maliyetleri bağlı olarak değişir:
| Faktör | Detaylar |
|---|---|
| Alaşım bileşimi | Ti-6Al-4V en yaygın ve ekonomik |
| Kalite derecesi | Havacılık ve uzay kaliteleri endüstriyelden daha pahalıdır |
| Sipariş hacmi | Yüksek miktarlarda toz fiyatı düşer |
| Parçacık boyutu aralığı | 30 mikronun altındaki ince tozlar daha maliyetlidir |
| Tedarikçi | Fiyatlandırma markalar arasında farklılık gösterir |
| İşleme yöntemi | Gaz atomize tozlar plazma atomize tozlara göre daha maliyetli |
Tipik fiyat aralıkları:
- Ti-6Al-4V: Kg başına 150 ila 450 $
- Ti-6Al-4V ELI: Kg başına 250 ila 600 $
- Ti-6Al-7Nb: kg başına 400 ila 750 $
- Ti 5553: kg başına 500 ila 800 $
Hurda titanyum geri dönüşümü maliyetleri -60 oranında azaltabilir.
Toz Elleçleme, Depolama ve Hazırlama
Titanyum alaşım tozlarının uygun şekilde taşınması, depolanması ve hazırlanması çok önemlidir:
| Etkinlik | Prosedür |
|---|---|
| Elleçleme | Maruziyeti en aza indirmek için toz davlumbazları, vakum transfer sistemleri kullanın |
| Depolama | Kapalı kapları nemsiz argon atmosferinde saklayın |
| Karıştırma | Tozları ve geri dönüşüm malzemelerini doğru oranlarda karıştırın |
| Kurutma | Kusurları önlemek için 200°C'de 2-4 saat boyunca nemi giderin |
| Eleme | Topaklanmaları parçalamak için tozları ince ağdan geçirin |
| Akış koşullandırma | Silika nanopartiküller gibi %0,1-0,5 akış ajanları ekleyin |
Yüksek yeniden kullanım verimi ve son parça kalitesi sağlamak için kontaminasyon ve oksijen alımı en aza indirilmelidir.
Seçici Lazer Sinterleme Süreci
SLS sürecine genel bakış:
- Toz ince tabakalar halinde yayılır ve yüksek güçlü bir lazerle seçici olarak kaynaştırılır
- Destek yapıları parça ile eş zamanlı olarak inşa edilir
- Parçalar tamamlanana kadar erimemiş toz yatağı içine gömülür
- 3D parçayı ortaya çıkarmak için fazla toz çıkarılır
Titanyum alaşımlarının SLS'si şunları gerektirir:
- Küresel morfolojiye sahip 15-45 mikron arası partikül boyutu
- Düşük oksijen ve nitrojen içeriği
- Hassas lazer enerji yoğunluğu optimizasyonu
- Kontaminasyonu önlemek için inert gaz ortamı
- Parçaların gerilim giderici ısıl işlemi
SLS karmaşık geometrileri mümkün kılar ancak yüzey kalitesi ve toleranslar EBM'den daha düşüktür.
Elektron Işını Eritme Süreci
EBM sürecine genel bakış:
- Titanyum toz katmanları kaynaştırılmadan önce önceden ısıtılır
- Daha iyi ısı dağılımı için parçalar platform yerine plaka üzerine inşa edilmiştir
- Elektron ışını tozu bir vakum içinde seçici olarak eritir
- Destek yapılarına gerek yoktur ve kullanılmayan toz geri dönüştürülebilir
Titanyum alaşımlarının EBM'si şunları gerektirir:
- 45-105 mikron arası ince toz boyutları
- Yüksek ışın gücü ≥ 3kW ve hızlandırma gerilimleri 30-60 kV
- 5 x 10-5 mbar'ın altındaki vakum seviyeleri
- 750°C'ye kadar yüksek sıcaklıkta ön ısıtma
EBM, SLS'ye kıyasla daha yüksek üretim hızları, daha iyi malzeme özellikleri ve yüzey kalitesi sağlar.
Titanyum Parçaların Sonradan İşlenmesi
AM ile yapılan titanyum parçalar işlem sonrası gerektirir:
| Süreç | Amaç |
|---|---|
| Toz giderme | İç boşluklardaki gevşek tozu temizleyin |
| Termal gerilim azaltma | Isıl işlem kullanarak artık gerilmeleri azaltın |
| Sıcak izostatik presleme | İç boşlukları ortadan kaldırın ve yoğunluğu artırın |
| Talaşlı İmalat | Boyutsal doğruluğu ve yüzey kalitesini iyileştirin |
| Yüzey işlemleri | Özellikleri uyarlamak için kaplamalar veya işlemler uygulayın |
Destek yapıları aynı titanyum malzemeden yapıldığı için kolayca çıkarılabilir.
Metal AM Ekipmanının Çalıştırılması ve Bakımı
Metal AM sistemlerinin güvenilir şekilde işletilmesi ve bakımının yapılması gerekir:
- Operatörlerin makine yetenekleri, yazılım ve malzemeler konusunda eğitilmesi
- Parametre optimizasyonu, kalite kontrol, iş akışları için SOP'lerin oluşturulması
- Sensörler, kameralar kullanarak yapım süreçlerini izleme ve belgeleme
- Filtrelerin, eleklerin, sileceklerin, silindirlerin düzenli olarak değiştirilmesi
- Lazer optiklerinin, elektron ışını yayıcılarının ve odaklamanın kontrol edilmesi
- Toz katmanı ve enerji dağıtım sistemlerinin kalibrasyonu
- Argon, helyum, nitrojen kaynaklarının takibi ve değiştirilmesi
- Yapı odalarının ve malzeme taşıma sistemlerinin temizlenmesi
- OEM tavsiyelerine göre periyodik bakım
Proaktif bakım, çalışma süresini iyileştirir, ekipman ömrünü en üst düzeye çıkarır ve basılı parçaların optimum kalitede olmasını sağlar.
Titanyum Alaşımlı Toz Tedarikçisi Seçme
Titanyum alaşımı tozu tedarikçisi seçme faktörleri:
| Dikkate alma | Detaylar |
|---|---|
| Toz kaliteleri | Desteklenen alaşım ve bileşim yelpazesi |
| Kalite sertifikaları | ASTM, ISO ve diğer standartlara uygunluk |
| Özelleştirme | Uygulamalar için özel tozlar üretebilme |
| Toplu analiz raporları | Her parti için bileşim, özellikler ve test sonuçları |
| Test yetenekleri | Gelen malzemeler üzerinde yapılan kalite testlerinin kapsamı |
| Numune alma hizmetleri | Değerlendirme için ücretsiz numune sağlanması |
| Teslim süreleri | Teslimat hedeflerini karşılamak için envanter seviyeleri ve üretim oranları |
| Minimum sipariş miktarları | Küçük deneme siparişlerinde esneklik |
| Teknik uzmanlık | Müşterilere yardımcı olmak için metalurji ve uygulama bilgisi |
| Müşteri Hizmetleri | Sorulara, sorunlara ve özel ihtiyaçlara karşı duyarlılık |
| Fiyatlandırma | Rekabetçi ve şeffaf fiyatlandırma, yüksek hacimlerde indirimler |
Sıkı kalite kontrolüne sahip saygın tedarikçilerin seçilmesi, AM süreçlerine uygun yüksek performanslı titanyum alaşım tozlarının güvenilir bir şekilde temin edilmesini sağlar.
Titanyum Alaşımlı Tozların Artıları ve Eksileri
Avantajlar:
- Yüksek mukavemet/ağırlık oranı
- Korozyon ve yorulma direnci
- Tıbbi kullanımlar için biyo-uyumluluk
- Özelleştirilmiş alaşımlar üretilebilir
- AM ile üretilen karmaşık, hafif geometriler
- Eksiltmeli işlemeden daha hızlı ve daha ucuz
- Azaltılmış teslim süreleri ve stoklar
Sınırlamalar:
- Tozlar diğer malzemelere kıyasla pahalıdır
- Sınırlı tedarikçi ve AM ekipmanı bulunabilirliği
- Yüksek yoğunluk ve yüzey kalitesi elde etmek zordur
- İkincil işlem genellikle gereklidir
- Taşıma sırasında kontaminasyona duyarlı
- İşlem sonrası maliyetli ve zaman alıcı olabilir
- Kalite kontrol için kod ve standart eksikliği
AM teknolojisinde devam eden gelişmelerle birlikte titanyum alaşımlı tozlar, sürekli gelişen işleme zorluklarına karşı imalat sektörlerinde heyecan verici bir potansiyel sunmaktadır.
SSS
S: Toz metalürjisinde kullanılan başlıca titanyum alaşımları nelerdir?
C: Ti-6Al-4V, mükemmel mukavemeti, korozyon direnci ve kaynaklanabilirliği nedeniyle en yaygın titanyum alaşım tozudur. Diğer alaşımlar arasında daha yüksek mukavemet için Ti-6Al-7Nb ve biyomedikal kullanımlar için Ti 6-4 ELI bulunur.
S: Titanyum alaşımı toz kalitesi AM parçalarının özelliklerini nasıl etkiler?
C: Partikül boyutu dağılımı, şekil, kademe yoğunluğu, oksijen içeriği gibi toz özellikleri, nihai parçaların yoğunluğunu, yüzey kalitesini, mikroyapısını ve mekanik performansını doğrudan etkiler.
S: Titanyum tozlarını kullanırken hangi önlemler gereklidir?
C: Havaya maruz kalmak kirlenmeye neden olur, bu nedenle titanyum tozları eldiven ve solunum maskeleri kullanılarak nemsiz bir inert gaz ortamında işlenmelidir. Saklama kapları vakumla kapatılmalıdır.
S: Ti-6Al-4V alaşım tozu için tipik fiyat aralığı nedir?
C: AM için uygun standart endüstriyel sınıf Ti-6Al-4V tozları için fiyatlandırma, miktar ve tedarikçiye bağlı olarak genellikle kg başına 150 ila 450 $ arasındadır. Havacılık ve uzay kaliteleri daha pahalıdır.
S: Titanyum alaşımları için EBM'ye kıyasla SLS'nin başlıca avantajları nelerdir?
C: SLS, destek olmadan karmaşık, hafif geometriler üretebilir. EBM daha yüksek üretim hızı, daha iyi malzeme özellikleri ve yüzey kalitesi sağlar.
S: AM titanyum parçalarda neden son işlem gereklidir?
C: Sıcak İzostatik Presleme, ısıl işlem ve işleme gibi adımlar gerilimleri azaltmaya, iç boşlukları kapatmaya, boyutsal doğruluğu artırmaya ve yüzey kalitesini iyileştirmeye yardımcı olur.
S: Tozun geri dönüştürülebilirliği ve yeniden kullanım verimi nasıl en üst düzeye çıkarılabilir?
C: Taşıma sırasında havaya maruz kalmayı en aza indirerek, tozları yeniden kullanmadan önce kurutarak ve yabancı maddelerin birikmesini önlemek için küçük oranlarda taze tozla karıştırarak.
S: Titanyum alaşım tozlarının kalitesini belirlemek için hangi standartlar kullanılır?
C: Temel standartlar ASTM F2924, ASTM F3001 ve ISO 23301 olup bileşim limitleri, kabul edilebilir test yöntemleri ve numune alma prosedürleri sağlar.
