GR5 (Ti{4}}6Al-4V) "فولاد ضد زنگ 301" از آلیاژهای تیتانیوم است - به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد و دامنه کاربرد وسیعی دارد. از بدنه موشک گرفته تا ایمپلنت استخوان انسان، GR5 در همه جا وجود دارد. تفاوت های اساسی بین آن و تیتانیوم خالص چیست؟
طراحی ترکیب GR5
ترکیب GR5: آلومینیوم مبتنی بر تیتانیوم-5.5-6.5%, وانادیوم 3.5-4.5%. آلومینیوم یک -عنصر تثبیت کننده-بهبود مقاومت و مقاومت در برابر دما است. وانادیوم یک -عنصر تثبیت کننده-است که به آلیاژ اجازه میدهد ساختار دو فازی را در دمای اتاق حفظ کند. فاز پایداری دمایی{16}بالا را تضمین میکند، در حالی که فاز استحکام دمای اتاق را تضمین میکند. این ساختار دو فاز کلیدی برای تعادل عملکرد GR5 است.
GR1/GR2 آلیاژهای تک فاز-استحکام پایین (مقاومت کششی GR2 345 مگاپاسکال) اما انعطاف پذیری خوب هستند که عمدتاً در تجهیزات شیمیایی و مبدل های حرارتی صفحه ای استفاده می شوند. GR5 دارای استحکام کششی 950MPa، 2.7 برابر GR2 است، اما ازدیاد طول آن تنها نصف GR2 است.
کاربردهای هوافضا
مخازن سوخت موشک: مخازن سوخت SpaceX Falcon 9 از آلیاژ آلومینیوم 2219 استفاده می کنند، اما پوسته موتور مرحله دوم از GR5 استفاده می کند - استحکام آلیاژهای آلومینیوم در دماهای بالا بسیار کاهش می یابد. GR5 در دمای 400 درجه به 500 مگاپاسکال می رسد که دو برابر 2219 است.
پشتیبانی و اتصال دهنده های ماهواره ای: GR5 دارای چگالی 4.43 g/cm³ است که 56 درصد چگالی فولاد است. هر کیلوگرم کاهش وزن در ماهواره باعث صرفه جویی 10000 دلاری در هزینه های پرتاب می شود-تعویض بست های فولادی GR5 یک انتخاب اقتصادی برای کاهش وزن است. تعویض پیچ و مهره های 17-4PH با GR5 در قسمت برودتی موتور باعث کاهش وزن 44 درصدی می شود.
ایمپلنت های پزشکی
GR5 یک ماده استاندارد برای ایمپلنت های ارتوپدی-مفاصل لگن، مفاصل زانو، صفحات استخوانی و ایمپلنت های دندانی است. سه دلیل: زیست سازگاری خوب (فیلم TiO2 به طور خود به خود روی سطح تیتانیوم تشکیل می شود، غیر سمی و غیر رد می شود). مدول الاستیک 110 گیگا پاسکال، 55 درصد کبالت-آلیاژهای کروم-نزدیک به 20-30 گیگا پاسکال استخوان، کاهش اثرات محافظ تنش. و قدرت 950 مگاپاسکال که نیازهای باربری را برآورده می کند.
با این حال، مدول الاستیک GR5 هنوز بالاتر از کاشت استخوان است-دراز مدت- ممکن است باعث تحلیل استخوان شود. در حال حاضر، GR5 متخلخل (چاپ سه بعدی با تخلخل 50 تا 70 درصد) می تواند مدول الاستیک را به 30-15 گیگا پاسکال کاهش دهد، نزدیک به استخوان اسفنجی.
چالش های ماشینکاری GR5
دمای برش بالای آلیاژ تیتانیوم - هدایت حرارتی تیتانیوم تنها 1/4 فولاد است، حرارت برش را در لبه برش متمرکز کرده و باعث سایش سریع ابزار می شود. چرخاندن GR5 با ابزار کاربید به سرعت خطی 40 متر در دقیقه نیاز دارد که 1/3 سرعت مورد نیاز برای ماشینکاری فولاد ضد زنگ 304 است. مایع خنک کننده حاوی کلر لازم است - امولسیون های معمولی بی اثر هستند.