Titanyum alaşımları: Ti-6Al-4V nedir, nerede kullanılır?

Titanyumun iki kristal yapısı

Titanyum 882 °C'de kristal yapı değiştirir: bu sıcaklığın altında hegzagonal sıkı paket (alfa), üstünde hacim merkezli kübik (beta) yapıdadır. Alaşım elementleri bu iki fazdan birini kararlı kılarak malzemenin karakterini belirler.

Alfa kararlaştırıcılar

Alüminyum, oksijen, azot, karbon. Yüksek sıcaklık dayanımı ve kaynaklanabilirlik sağlar; ısıl işlemle sertleştirilemez.

Beta kararlaştırıcılar

Vanadyum, molibden, niyobyum, demir, krom. Isıl işlemle sertleşebilirlik ve şekillendirilebilirlik sağlar.

Nötr

Zirkonyum ve kalay; her iki fazı da belirgin biçimde kaydırmaz.

Ti-6Al-4V (Grade 5)

Adını bileşiminden alır: ağırlıkça yaklaşık %6 alüminyum ve %4 vanadyum, geri kalanı titanyum. Alfa-beta alaşımıdır; alüminyum alfa fazını, vanadyum beta fazını kararlı kılar. Dünyada üretilen titanyum alaşımlarının yarısından fazlasını bu tek bileşim oluşturur.

Bu birleşim onu çekici kılar: paslanmaz çeliğe yakın ya da ondan yüksek dayanımı yarıya yakın ağırlıkla verir, deniz suyuna ve çoğu kimyasala dirençlidir, vücut dokusuyla uyumludur.

ELI kalitesi

Grade 23, Ti-6Al-4V ELI olarak bilinir; ELI, "Extra Low Interstitials" yani çok düşük arayer elementi anlamına gelir. Oksijen, azot, karbon ve demir sınırları standart Grade 5'e göre daha sıkıdır.

Arayer elementleri dayanımı artırır ama kırılma tokluğunu ve süneklik rezervini düşürür. ELI kalitesi biraz dayanım feda ederek belirgin biçimde daha yüksek kırılma tokluğu ve düşük sıcaklık performansı sunar. Bu yüzden implantlar, kritik havacılık parçaları ve kriyojenik uygulamalar ELI ister.

Oksijen titanyumda bir safsızlık değil, fiilen bir alaşım elementidir. Şartnamede oksijen üst sınırı yazılmamış bir titanyum siparişi eksiktir.

Başlıca kaliteler

Sünger ingota nasıl dönüşür

1. Harmanlama. Titanyum sünger, geri dönüşüm hurdası ve alaşım elementleri (genellikle alüminyum-vanadyum master alaşımı) tartılarak karıştırılır.
2. Presleme. Karışım sıkıştırılarak elektrot bloklarına dönüştürülür ve kaynaklanarak tek bir elektrot haline getirilir.
3. VAR ergitme. Vakum ark ocağında ergitilir. Havacılık kalitelerinde bu işlem iki ya da üç kez tekrarlanır; her çevrim homojenliği artırır ve inklüzyonları azaltır.
4. Şekillendirme. Dövme, haddeleme ve ısıl işlemle nihai yarı mamul elde edilir.

Nihai ürünün oksijen, azot ve demir içeriği büyük ölçüde başlangıçtaki süngerin ve hurdanın saflığıyla belirlenir. Ergitme bu elementleri uzaklaştıramaz; bu yüzden kontrol en baştaki hammaddede yapılır.

Titanyumla çalışmanın zorlukları

• Isı iletimi düşüktür: talaşlı imalatta ısı kesici uçta birikir, düşük kesme hızı ve bol soğutma gerekir.
• Yüksek sıcaklıkta reaktiftir: 600 °C üzerinde oksijen ve azot kapar; kaynak ve ısıl işlem koruyucu atmosfer ister.
• Yapışma eğilimi: kesici takımla kimyasal etkileşime girer, takım ömrü kısalır.
• Geri yaylanma: elastisite modülü düşük olduğu için şekillendirmede telafi gerekir.

Hammadde alırken

• Süngerde oksijen, demir, azot, karbon ve klor üst sınırlarını ayrı ayrı yazın.
• Tane boyutu aralığını ve presleme yönteminize uygunluğunu belirtin.
• Alüminyum ve vanadyum kaynağının saflığını şartnameye ekleyin; bunlar doğrudan nihai bileşime geçer.
• Ambalajın hava ve nem geçirmez olmasını şart koşun.
• Her parti için analiz sertifikası, gerekiyorsa bağımsız laboratuvar doğrulaması isteyin.