GR5 (Ti-6Al-4V) ialah "keluli tahan karat 301" aloi titanium-ia digunakan secara meluas dan mempunyai julat aplikasi yang luas. Daripada badan roket kepada implan tulang manusia, GR5 ada di mana-mana. Apakah perbezaan asas antaranya dan titanium tulen?
Reka Bentuk Komposisi GR5
Komposisi GR5: Titanium-aluminium 5.5-6.5%, Vanadium 3.5-4.5%. Aluminium ialah -elemen penstabil-meningkatkan kekuatan dan rintangan suhu. Vanadium ialah -elemen penstabil-yang membenarkan aloi mengekalkan + dwi{14}}struktur fasa pada suhu bilik. Fasa memastikan{16}}kestabilan suhu tinggi, manakala fasa memastikan kekuatan suhu bilik. Struktur dwi fasa ini adalah kunci kepada keseimbangan prestasi GR5.
GR1/GR2 ialah aloi-fasa tunggal-kekuatan rendah (GR2 kekuatan tegangan 345MPa) tetapi keplastikan yang baik, terutamanya digunakan dalam peralatan kimia dan penukar haba plat. GR5 mempunyai kekuatan tegangan 950MPa, 2.7 kali ganda daripada GR2, tetapi pemanjangannya hanya separuh daripada GR2.
Aplikasi Aeroangkasa
Tangki Bahan Api Roket: Tangki bahan api SpaceX Falcon 9 menggunakan aloi aluminium 2219, tetapi cangkerang enjin peringkat kedua-menggunakan GR5-kekuatan aloi aluminium turun terlalu banyak pada suhu tinggi. GR5 menghasilkan 500MPa pada 400 darjah, dua kali ganda daripada 2219.
Sokongan satelit dan pengikat: GR5 mempunyai ketumpatan 4.43 g/cm³, iaitu 56% daripada keluli. Setiap kilogram pengurangan berat dalam satelit menjimatkan $10,000 dalam kos pelancaran-GR5 menggantikan pengikat keluli ialah pilihan yang menjimatkan untuk pengurangan berat. Menggantikan bolt 17-4PH dengan GR5 di bahagian kriogenik enjin menghasilkan pengurangan berat sebanyak 44%.
Implan Perubatan
GR5 ialah bahan standard untuk implan ortopedik-sendi pinggul, sendi lutut, plat tulang dan implan pergigian. Tiga sebab: biokompatibiliti yang baik (filem TiO2 secara spontan terbentuk pada permukaan titanium, tidak-toksik dan tidak-menolak); modulus keanjalan 110 GPa, 55% kobalt-aloi kromium-lebih hampir dengan 20-30 GPa tulang, mengurangkan kesan perlindungan tekanan; dan kekuatan 950 MPa, memenuhi keperluan galas beban.
Walau bagaimanapun, modulus anjal GR5 masih lebih tinggi daripada implantasi-panjang-tulang boleh menyebabkan penyerapan tulang. Pada masa ini, GR5 berliang (dicetak 3D dengan keliangan 50-70%) boleh mengurangkan modulus keanjalan kepada 15-30 GPa, lebih dekat dengan tulang cancellous.
Cabaran Pemesinan GR5
Suhu Pemotongan Tinggi Aloi Titanium – Kekonduksian terma Titanium hanya 1/4 daripada keluli, menumpukan haba pemotongan pada pinggir pemotongan dan menyebabkan kehausan alatan yang cepat. Memusing GR5 dengan alat karbida memerlukan kelajuan linear 40 m/min, iaitu 1/3 kelajuan yang diperlukan untuk pemesinan keluli tahan karat 304. Klorin-mengandungi bahan penyejuk diperlukan – emulsi biasa tidak berkesan.