TC4 Titanyum nedir?

Titanyum, havacılık, tıbbi implantlar, spor ekipmanları, mücevherat ve daha fazlası gibi çeşitli uygulamalarda kullanılan güçlü, hafif bir metaldir. TC4 titanyum, aynı zamanda Grade 5 titanyum alaşımı veya Ti-6Al-4V olarak da bilinir, en yaygın kullanılan titanyum alaşımlarından biridir ve toplam titanyum kullanımının 'sinden fazlasını oluşturur.

TC4 Titanyum'a Genel Bakış

TC4 titanyum, adını bileşiminden alır - %6 alüminyum, %4 vanadyum, %0,25 (maksimum) demir ve %0,2 (maksimum) oksijen ve geri kalanı titanyum içerir. Alüminyum ve vanadyumun eklenmesi, titanyumun mükemmel korozyon direncini korurken alaşımı güçlendirmek için titanyum kristal yapısını stabilize eder.

TC4 titanyum, yüksek mukavemet, düşük ağırlık, korozyon direnci, kırılma tokluğu ve biyouyumluluğun mükemmel bir kombinasyonunu sunar. TC4 titanyum alaşımının bazı temel özellikleri ve karakteristikleri şunlardır:

• Yüksek mukavemet/ağırlık oranı - TC4 titanyum, çelik alaşımlarına kıyasla mükemmel mukavemete sahiptir, ancak sadece 4,43 g/cm3 yoğunluğa sahiptir ve bu da çeliğin neredeyse yarısıdır. Bu, düşük ağırlığın kritik olduğu uygulamalar için idealdir.
• Korozyon direnci - Yüzeyinde pasif bir oksit filmi oluşturma yeteneği ile TC4 titanyum, mükemmel korozyon direncine sahiptir ve birçok ortamda koruyucu kaplamalar olmadan kullanılabilir.
• Biyouyumluluk - TC4 titanyum, düşük toksisiteye ve insan vücudu tarafından iyi kabul görmeye sahiptir, bu da onu cerrahi implantlar ve tıbbi cihazlar için yaygın olarak kullanılmasını sağlar.
• Isıl işlem uygulanabilirliği - TC4 titanyumun mikro yapısı ve özellikleri, farklı uygulamalar için uyarlamak üzere ısıl işlem ve tavlama yoluyla değiştirilebilir.
• Kaynaklanabilirlik - TC4 titanyum, bir titanyum alaşımı için nispeten iyi kaynaklanabilirliğe sahiptir ve karmaşık şekiller ve montajların oluşturulmasına izin verir.
• Yüksek kırılma tokluğu - TC4 titanyum, iyi çatlak yayılma direncine ve kırılma tokluğuna sahiptir.

TC4 titanyumun bazı dezavantajları arasında nispeten zayıf uzama, düşük sertleşebilirlik ve yüksek sıcaklıklarda oksijen, nitrojen ve hidrojen gibi elementlerle yüksek reaktivite bulunur. Genel olarak, çok yönlülüğü ve mekanik özelliklerinin dengesi, TC4'ü zorlu uygulamalar için mükemmel bir mühendislik malzemesi yapar.

TC4 Titanyum Uygulamaları

TC4 titanyumun benzersiz özellikleri, havacılık, tıbbi implantlar, kimyasal işleme ekipmanları, deniz donanımı ve tüketici ürünleri gibi çeşitli endüstriler ve uygulamalar için uygun hale getirir.

Havacılık ve Uzay Uygulamaları

Havacılık endüstrisi, titanyum alaşımlarının geliştirilmesinin ilk itici gücüydü. TC4, uçak yapılarında en yaygın kullanılan titanyum alaşımı haline geldi. Yüksek mukavemeti, düşük yoğunluğu, mükemmel korozyon direnci ve yüksek sıcaklıklara dayanma yeteneği, onu aşağıdakiler için ideal bir seçim haline getirir:

• Uçak yapısal bileşenleri - İniş takımları, motor bileşenleri, yangın duvarları, hidrolik borular, kanatlar, gövdeler, bağlantı elemanları vb.
• Kullanılan üretim süreci
• Coğrafi konum
• Tedarikçi kar marjları

Hammadde maliyetleri

Biyomedikal Uygulamalar

Arz-talep dinamikleri

• Titanyum Demir Tozu Fiyat Aralıkları
• Ferrotitanyum tozu
• Kardiyovasküler stentler - Kalp kapakçıklarını ve kan damarlarını destekleme.
• Cerrahi aletler - Pensler, retraktörler ve makaslar.
• Vücut piercing takıları - Burun, kaş, dudak ve göbek piercingleri.
• İmplant edilebilir tıbbi cihazlar - Kalp pili kasaları, kemik büyüme uyarıcıları, insülin pompaları.

Titanyum implantlar, stres gölgeleme etkilerinden kaçınır, kemikle iyi bütünleşir ve vücutta bozulmaz. TC4'ün biyouyumluluğu, iltihaplanma ve reddedilme riskini en aza indirir.

Kimyasal İşleme Endüstrisi

Kimya endüstrisi, TC4 titanyumun mükemmel korozyon direncinden yararlanır:

• Yüksek derecede aşındırıcı sıvıları taşımak için ısı eşanjörleri, kondansatörler ve borular. Pasif oksit tabakası, asidik ortamlara bile dayanmasını sağlar.
• Klor gibi reaktif kimyasallar için depolama tankları ve proses kapları.
• Aşındırıcı sıvıları işlemek için vanalar, pompalar ve borular.
• Korozyondan korumak için çelik tankların ve yapıların kaplanması.

Denizcilik

Deniz ortamlarında, TC4 titanyum, tuzlu suda korozyon direncine ve düşük sıcaklıklarda mukavemetini korumasına bağlı olarak iyi performans gösterir. Yaygın olarak aşağıdakilerde kullanılır:

• Pervaneler, tahrik milleri, dümenler ve pompa çarkları.
• Deniz suyu boru sistemleri.
• Tuzdan arındırma tesisleri ve açık deniz petrol platformları için ısı eşanjörleri.
• Denizaltı araçları, açık deniz platformları ve boru hatları için bileşenler.

Otomotiv Kullanımları

Otomotiv endüstrisi, ağırlığı azaltmak ve performansı artırmak için TC4 titanyum kullanır, bu uygulamalar şunları içerir:

• Yarış motorlarında ve yüksek performanslı spor arabalarda bağlantı çubukları, emme valfleri, valf yayları ve rocker kolları.
• Egzoz sistemleri - Manifoldlar, susturucular, egzoz boruları, kelepçeler ve askılar.
• Tekerlekler, akslar, tahrik milleri ve şasi bileşenleri.
• Izgaralar, amblemler ve dekoratif donanım gibi lüks araç kaplama parçaları.

Diğer Kullanımlar

TC4 titanyumun diğer bazı yaygın uygulamaları şunlardır:

• Spor ekipmanları – Golf sopası kafaları, tenis raketleri, bisiklet kadroları, hokey sopaları, lakros sopaları vb.
• Tüketici ürünleri – Gözlük çerçeveleri, saatler, takılar, sırt çantaları, cep telefonu kasaları.
• Enerji üretimi – Nükleer, jeotermal ve güneş enerjisi üretimi için kondenser boruları.
• Tuzdan arındırma – Eşanjörler, borular, pompa pervaneleri.
• Mimari – Binalar için dekoratif kaplama, paneller, çatılar.
• Gıda işleme – Gıda üretimi için tanklar, vanalar, borular, pompalar.
• Petrokimya – Kırıcılar, damıtma kolonları, eşanjörler.

TC4 Titanyum Üretimi

TC4 titanyum, rafine titanyum metaline alüminyum ve vanadyum eklenerek, sıkı bir şekilde kontrol edilen bir eritme işleminde oluşturulur. Titanyumun yüksek sıcaklıklarda yüksek reaktivitesi nedeniyle üretimi zordur. TC4 titanyum alaşımının üretiminde bazı önemli adımlar şunlardır:

Eritme ve Alaşımlama

• Saf titanyum külçeleri, vakumlu indüksiyonlu eritme fırınına, alüminyum ve vanadyum ana alaşım parçalarıyla birlikte yüklenir.
• Şarj, iyice karışmasını ve oksijeni çözmesini sağlamak için tekrar tekrar eritilir ve su soğutmalı bir bakır potaya dökülür.
• Kirlenmeyi önlemek için eritme, vakum altında veya inert bir argon atmosferinde yapılır.
• Erimiş alaşım, külçeler halinde dökülür veya doğrudan sıcak haddeleme gibi işlemlere beslenir.

Sıcak İşleme

• TC4 külçeleri önceden ısıtılır ve döküm yapısını parçalamak için çoklu sıcak haddeleme geçişlerinden geçirilir.
• Sıcak haddeleme, metalin kalınlığını azaltır ve mekanik özellikleri iyileştirirken plaka, sac ve çubuk stoğu oluşturur.
• Daha karmaşık TC4 titanyum şekilleri üretmek için dövme veya ekstrüzyon da kullanılabilir.

Isıl İşlem

• Çözelti işlemi, TC4 alaşımını, hızlı soğutma veya su verme ile ardından homojen bir faz oluşturmak için beta transus sıcaklığının hemen altına ısıtmayı içerir.
• Yaşlandırma işlemi daha sonra alaşımı, malzemeyi güçlendiren ince çökeltilerin oluşmasına izin vermek için daha düşük bir sıcaklığa yeniden ısıtır.
• Çözelti ve yaşlandırmanın kombinasyonu, mukavemeti, sertliği ve sünme direncini önemli ölçüde artırabilir.

Talaşlı İmalat ve Son İşlem

• TC4 titanyum, düşük termal iletkenliği, kimyasal reaktivitesi ve işleme sertleşme eğilimi nedeniyle işlenmesi çok zordur.
• Frezeleme, delme, sıkıcı ve tornalama gibi işleme işlemleri için yavaş hızlar, özel takımlar, bol soğutma ve dikkatli proses kontrolü gereklidir.
• Aşındırıcı su jeti kesimi ve EDM, TC4 parçaları için kullanılan yaygın geleneksel olmayan işleme işlemleridir.
• Yüzey kalitesini iyileştirmek için taşlama, zımparalama, eloksal, dekapaj ve pasivasyon gibi çeşitli yüzey bitirme işlemleri kullanılabilir.

TC4'ün Ticari Olarak Saf Titanyuma Karşı Özellikleri

TC4 titanyum, ticari olarak saf titanyum kalitelerinden daha yüksek mukavemete sahiptir, ancak biraz daha düşük süneklik ve tokluğa sahiptir. İşte bazı temel özelliklerinin karşılaştırması:

• %0,2 Akma Dayanımı – TC4: 880 – 970 MPa'ya karşı CP Ti: 170 – 480 MPa
• Çekme Dayanımı – TC4: 930 – 1020 MPa'ya karşı CP Ti: 240 – 550 MPa
• Kopmada Uzama – TC4: – 'e karşı CP Ti: –
• Yoğunluk – TC4: 4,43 g/cm3'e karşı CP Ti: 4,5 g/cm3
• Elastik Modül – TC4: 115 GPa'ya karşı CP Ti: 105 GPa
• Yorulma Dayanımı – TC4: 400 – 500 MPa'ya karşı CP Ti: 200 – 300 MPa
• Kırılma Tokluğu – TC4: 75 MPa-m^0,5'e karşı CP Ti: 55 – 115 MPa-m^0,5
• Korozyon Direnci – Her ikisi de pasif oksit tabakası nedeniyle mükemmel korozyon direncine sahiptir.

TC4 titanyumdaki daha yüksek alüminyum ve vanadyum içeriği, ticari olarak saf titanyuma kıyasla mukavemetini önemli ölçüde artıran katı çözelti ve çökelti güçlendirme mekanizmalarını sağlar. Ancak, alaşım ilaveleri ayrıca sünekliği, yorulma dayanımını, kırılma tokluğunu ve kaynaklanabilirliği de biraz azaltır.

TC4 Titanyum Kaliteleri

TC4 titanyum, biraz farklı özellik profilleri sağlayan çeşitli kalitelere sahiptir:

• Sınıf 5 (Ti-6Al-4V) – Orta mukavemete sahip standart TC4 alaşımı. Genel uygulamalar için kullanılır.
• Sınıf 23 (Ti-6Al-4V ELI) – Azaltılmış O, N, C, H ile ekstra düşük aralıklı versiyon. Sünekliği ve kırılma tokluğunu iyileştirir. Kırılma açısından kritik parçalar için kullanılır.
• Sınıf 18 (Ti-6Al-4V STA) – Çözelti işlem görmüş ve yaşlandırılmış. Sınıf 5'ten daha güçlü. Yüksek mukavemetli uygulamalar için kullanılır.
• Sınıf 19 (Ti-6Al-4V ELI STA) – Sınıf 18'in ekstra düşük aralıklı versiyonu. Havacılık ve uzay bağlantı elemanları, iniş takımları, füzeler.
• Sınıf 29 (Ti-6Al-4V Sn) – Kalay ilaveleri, sünme direncini ve yüksek sıcaklık mukavemetini iyileştirir. Jet motoru parçaları için kullanılır.

Kaliteler arasındaki temel farklılıklar, aralıklı elementlerle, ısıl işlem koşuluyla ve kalay gibi küçük alaşım ilaveleriyle ilgilidir. Tüm varyantlarda %6 alüminyum ve %4 vanadyumun genel bileşimi korunur.

TC4 Titanyum Parçaların İmalatı

TC4 titanyum, aşağıdakiler dahil olmak üzere çeşitli yöntemler kullanılarak parçalar halinde üretilebilir:

Kaynak

• Gaz tungsten ark (GTAW), gaz metal ark (GMAW), plazma ark (PAW), lazer ve direnç kaynak işlemleri kullanılarak kaynak yapılabilir.
• Argon gibi inert bir koruyucu gaz, oksidasyonu önler. Dolgu çubukları tipik olarak temel alaşım bileşimine uyar.
• Kaynaklar, kırılmayı tetikleyen hava kirlenmesini önlemek için hızlı bir şekilde tamamlanmalıdır.
• Kaynak sonrası ısıl işlem, artık gerilmeleri gidermeye ve mekanik özellikleri iyileştirmeye yardımcı olur.

Dövme

• Sıcak dövme, pres dövme ve izotermal dövme teknikleri, kanatlar, diskler ve kasalar gibi karmaşık TC4 parçaları üretebilir.
• Ilık dövme, son mikro yapının daha iyi kontrolünü sağlar ve tane büyümesini sınırlar.
• Bir tavlama ile soğuk dövme de kullanılabilir, ancak işleme sertleşme eğilimindedir ve sonraki işlemleri daha zor hale getirir.

Döküm

• Vakum ark yeniden eritme, yatırım döküm ve santrifüj döküm, karmaşık şekillerin üretilmesini sağlar.
• Alfa-kılıf yüzey tabakasının çıkarılması, döküm parçaların yorulma ömrünü iyileştirir. Sıcak izostatik presleme, iç kusurları azaltır.
• Döküm TC4 titanyum, dövme ürün formlarından biraz daha düşük mukavemete sahiptir.

Metal Katkısal İmalat

• Lazer toz yataklı füzyon (LPBF), elektron ışınlı eritme (EBM) ve yönlendirilmiş enerji biriktirme (DED), titanyum bileşenleri 3D yazdırmak için yaygın olarak kullanılır.
• Yerleşik parçalarda iç gözenekliliği ve artık gerilmeleri sınırlamak için parametreler optimize edilmelidir.
• Isıl işlem, mikro yapıyı ve özellikleri iyileştirir. Dövme veya döküme kıyasla sınırlı geometrileri destekler.

Talaşlı İmalat

• Tornalama, frezeleme, delme ve diğer geleneksel işleme işlemleri, çubuk/kütük stoktan parçaları şekillendirmek için kullanılabilir.
• Kötü işlenebilirlik nedeniyle dikkatli proses kontrolü gereklidir. PCD takımları, yüksek basınçlar, ıslak işleme performansı iyileştirir.

Katkı Üretimli TC4 Titanyumun Uygulamaları

Katkı imalatı, TC4 titanyumdan karmaşık geometriler üretmek için yeni olanaklar sunar:

Havacılık ve Uzay

• Türbin kanatları, nozullar ve yanma odaları gibi sıcak bölüm jet motoru bileşenleri için hafif kafes yapılar ve konformal soğutma kanalları.
• Uçak montajları için özelleştirilmiş braketler, yapısal düğümler ve karmaşık bağlantı parçaları.
• Kompozit parçalar için kalıplar, fikstürler, şablonlar ve matkap kılavuzları gibi takımlar.

Tıbbi

• Hasta anatomisine uygun özel kafatası, yüz ve omurga implantları.
• Ortopedik implantlar için kemik büyümesini teşvik etmek için gözenekli yapılar.
• İlaç dağıtım cihazları ve nöromodülatörler için örgü kafesler ve muhafazalar.

Otomotiv

• Hafif süspansiyon, şasi ve şanzıman bileşenleri.
• Daha iyi ısı yönetimi için enjeksiyon kalıplarında konformal soğutma kanalları.
• Özelleştirilmiş sertleştirme kaburgaları ve kafes yapıları.

Tüketici

• Tek seferlik takılar, saatler, dekoratif eşyalar.
• Golf sopaları, bisiklet parçaları gibi özelleştirilmiş spor malzemeleri.

Endüstriyel

• Eskimiş bileşenleri tersine mühendislikle düşük hacimli eski parçaların üretimi.
• Topoloji optimizasyonu ve kafes yapıları aracılığıyla hafifletme.
• Enjeksiyon kalıplarında ve metal şekillendirme kalıplarında konformal soğutma kanalları.

Katkı, karmaşık yükleme koşulları için optimize edilmiş, güçlü, hafif titanyum bileşenler üretmek için sınırsız bir tasarım alanı açar. Parçalar, geleneksel imalatla mümkün olmayan şekillerde özelleştirilebilir ve optimize edilebilir.

TC4 Titanyumun Alternatiflere Karşı Maliyet Analizi

TC4 titanyum, diğer yaygın mühendislik metallerinden daha pahalıdır, ancak bu, benzersiz özellikleri ve performansı ile dengelenir. İşte bazı alternatiflere karşı bir maliyet karşılaştırması:

• Çeliğe Karşı – TC4, kilogram başına paslanmaz çelikten 5-10 kat daha pahalıdır. Ancak, titanyumun daha düşük yoğunluğu, mukavemet-hacim başına maliyet farkının yalnızca 2-3 kat olduğu anlamına gelir.
• Alüminyuma Karşı – TC4 titanyum, alüminyumdan yaklaşık 4 kat daha pahalıdır. Daha yüksek mukavemet, daha düşük genleşme ve daha iyi yüksek sıcaklık özellikleri gerektiğinde kullanışlıdır.
• Magnezyuma Karşı – Titanyum, magnezyumdan 2-4 kat daha pahalıdır. Yüksek mukavemetli yapısal uygulamalar için daha iyidir, magnezyum ise döküm parçalar için mükemmeldir.
• Nikel Alaşımlarına Karşı – Özel nikel alaşımları, TC4 titanyumdan 2-4 kat daha pahalı olabilir. Nikel alaşımları daha iyi yüksek sıcaklık özelliklerine sahiptir.
• Karbon Fiber'e Karşı – Titanyum, mukavemet-hacim başına yüksek performanslı havacılık sınıfı karbon fiberin maliyetiyle rekabet eder. Metal özellikleri gerektiğinde kullanışlıdır.

TC4 titanyum daha yüksek ön maliyetler gerektirse de, toplam yaşam döngüsü ve performans faydaları, onu havacılık ve uzay, tıp, enerji ve diğer talepkar alanlardaki kritik uygulamalar için genellikle değerli bir yatırım haline getirir.

SSS

TC4 titanyum alaşımı ne için kullanılır?

TC4 titanyum, yüksek mukavemeti, düşük ağırlığı, korozyon direnci ve biyouyumluluğunun faydalı olduğu havacılık ve uzay yapıları, motor bileşenleri, tıbbi implantlar, kimyasal işleme ekipmanları, deniz donanımı ve tüketici ürünlerinde yaygın olarak kullanılır.

TC4 titanyum güçlü müdür?

Evet, TC4 titanyum en güçlü titanyum alaşımlarından biridir. 930-1020 MPa'lık bir çekme dayanımına sahiptir, bu da ticari olarak saf titanyumun neredeyse üç katıdır. TC4 titanyum, mükemmel bir mukavemet-ağırlık oranı sağlar.

TC

TC4 titanyum, yüksek biyouyumluluğa sahiptir ve insan vücudunda bozulmaz, bu da onu kalça, diz, diş, kardiyovasküler ve diğer implantlar için çok uygun ve yaygın olarak kullanılan bir malzeme yapar. Toksik olmayan yapısı, iltihaplanma veya reddedilme riskini en aza indirir.

TC4 titanyum kaynak yapılabilir mi?

Evet, TC4 titanyum, gaz tungsten ark (GTAW), plazma ark (PAW) ve gaz metal ark (GMAW) kaynağı kullanılarak kaynak yapılabilir. İnert bir koruyucu gaz oksidasyonu önler. Kaynaklar kaynak sonrası ısıl işlem gerektirebilir. Sürtünme karıştırma kaynağı da mümkündür.

TC4 titanyum takı için güvenli midir?

TC4 titanyum, biyouyumlu, hipoalerjenik ve kararmaya karşı dirençli olduğu için takı için tamamen güvenli kabul edilir. Birçok vücut piercing'i, mükemmel korozyon direnci nedeniyle TC4 titanyum kullanır.

TC4 titanyum alüminyumdan daha mı güçlüdür?

TC4 titanyum, alüminyum alaşımlarından üç kat daha fazla mukavemete, daha iyi korozyon direncine ve yüksek sıcaklık özelliklerine sahiptir. Ancak alüminyum daha ucuz, üretimi daha kolay ve daha düşük bir yoğunluğa sahiptir.

TC4 titanyumu 3D yazdırabilir misiniz?

Evet, TC4 titanyum, lazer toz yatağı füzyonu (LPBF) ve elektron ışınlı eritme (EBM) gibi toz yatağı füzyon teknolojileri kullanılarak yaygın olarak 3D yazdırılır. Karmaşık geometrilere izin verir, ancak iç gözenekliliği ve artık gerilmeleri kontrol etmek için proses optimizasyonu gerektirir.

Grade 5 ve Grade 23 titanyum arasındaki fark nedir?

Grade 5, standart TC4 titanyumdur. Grade 23, süneklik, kırılma tokluğu ve korozyon direncini artıran ancak mukavemeti biraz düşüren ekstra düşük ara elementlere sahiptir. Grade 23, kırılma açısından kritik havacılık parçaları için tercih edilir.

TC4 titanyum sürtünmeye eğilimli midir?

Evet, TC4 titanyum, çeliğe kıyasla kendi kendine ve diğer metallere karşı sürtünme ve tutukluk yapma eğilimi daha yüksektir. Bağıl hareket mevcut olduğunda dikkatli yüzey mühendisliği, yağlama ve tasarım gereklidir.

daha fazla 3D baskı süreci öğrenin