A GR5 (Ti-6Al-4V) a titánötvözetek „301-es rozsdamentes acélja” – széles körben használják, és széles alkalmazási körrel rendelkezik. A rakétatestektől az emberi csontimplantátumokig a GR5 mindenütt jelen van. Melyek az alapvető különbségek közte és a tiszta titán között?
GR5 Kompozíció tervezés
GR5 Összetétel: Titán-alapú alumínium 5,5-6,5%, vanádium 3,5-4,5%. Az alumínium -stabilizáló elem-, amely javítja a szilárdságot és a hőállóságot. A vanádium egy -stabilizáló elem-, amely lehetővé teszi, hogy az ötvözet + kettős{14}}fázisú szerkezetet tartson fenn szobahőmérsékleten. A fázis magas hőmérsékleti stabilitást, míg a fázis szobahőmérsékletű szilárdságot biztosít. Ez a kétfázisú szerkezet kulcsfontosságú a GR5 teljesítményegyensúlyához.
A GR1/GR2 egyfázisú ötvözetek-kis szilárdságú (GR2 szakítószilárdság 345 MPa), de jó plaszticitású, főként vegyi berendezésekben és lemezes hőcserélőkben használatosak. A GR5 szakítószilárdsága 950 MPa, ami 2,7-szerese a GR2-nek, de a nyúlása csak fele a GR2-nek.
Repülési alkalmazások
Rakéta üzemanyagtartályok: A SpaceX Falcon 9 üzemanyagtartályai 2219 alumíniumötvözetet használnak, de a második-fokozatú motorház GR5-öt használ – az alumíniumötvözetek szilárdsága túlságosan csökken magas hőmérsékleten. A GR5 500 MPa-ra képes 400 fokon, kétszerese a 2219-nek.
Műholdas támaszték és rögzítőelemek: A GR5 sűrűsége 4,43 g/cm³, ami 56%-a az acélénak. Egy műhold minden kilogrammja súlycsökkentéssel 10 000 dollárt takarít meg az indítási költségeken-A GR5 acél kötőelemek cseréje gazdaságos választás a súlycsökkentéshez. A 17-4PH csavarok GR5-re történő cseréje a motor kriogén részében 44%-os súlycsökkenést eredményez.
Orvosi implantátumok
A GR5 az ortopédiai implantátumok,{1}}csípőízületek, térdízületek, csontlemezek és fogászati implantátumok szabványos anyaga. Három ok: jó biokompatibilitás (TiO2 film spontán képződik a titán felületén, nem-toxikus és nem{5}}elutasító); 110 GPa rugalmassági modulusa, 55%-a kobalt-krómötvözetek-közelebb a csont 20-30 GPa értékéhez, csökkentve a feszültségvédő hatásokat; és 950 MPa szilárdságú, megfelel a teherbírási követelményeknek.
A GR5 rugalmassági modulusa azonban még mindig magasabb, mint a csont-hosszú-beültetése csontreszorpciót okozhat. Jelenleg a porózus GR5 (3D nyomtatott 50-70%-os porozitással) képes a rugalmassági modulust 15-30 GPa-ra csökkenteni, közelebb a szivacsos csonthoz.
A GR5 megmunkálási kihívásai
A titánötvözet magas vágási hőmérséklete – A titán hővezető képessége csak 1/4-e az acélénak, ami a vágási hőt a vágóélen koncentrálja, és gyors szerszámkopást okoz. A GR5 keményfém szerszámokkal történő esztergálásához 40 m/perc lineáris sebesség szükséges, ami a 304-es rozsdamentes acél megmunkálásához szükséges sebesség 1/3-a. Klór-tartalmú hűtőfolyadék szükséges – a hagyományos emulziók hatástalanok.