GR5 (Ti-6Al-4V) er "301 rustfritt stål" av titanlegeringer - det er mye brukt og har et bredt bruksområde. Fra rakettkropper til menneskelige beinimplantater, GR5 er allestedsnærværende. Hva er de grunnleggende forskjellene mellom det og rent titan?
GR5 komposisjonsdesign
GR5 Sammensetning: Titan-basert aluminium 5,5-6,5 %, vanadium 3,5-4,5 %. Aluminium er et -stabiliserende element-som forbedrer styrke og temperaturmotstand. Vanadium er et -stabiliserende element-som lar legeringen opprettholde en + dobbel{14}}fasestruktur ved romtemperatur. Fasen sikrer høy-temperaturstabilitet, mens fasen sikrer romtemperaturstyrke. Denne tofasestrukturen er nøkkelen til ytelsesbalansen til GR5.
GR1/GR2 er enfaselegeringer-lav styrke (GR2 strekkfasthet 345MPa) men god plastisitet, hovedsakelig brukt i kjemisk utstyr og platevarmevekslere. GR5 har en strekkfasthet på 950 MPa, 2,7 ganger den for GR2, men forlengelsen er bare halvparten av GR2.
Luftfartsapplikasjoner
Rakettdrivstofftanker: SpaceX Falcon 9 drivstofftanker bruker 2219 aluminiumslegering, men andre-motorskallet bruker GR5 – styrken til aluminiumslegeringer faller for mye ved høye temperaturer. GR5 gir etter 500 MPa ved 400 grader, det dobbelte av 2219.
Satellittstøtte og festemidler: GR5 har en tetthet på 4,43 g/cm³, som er 56 % av stål. Hvert kilo vektreduksjon i en satellitt sparer $10 000 i utskytingskostnader-GR5 erstatter stålfester er et økonomisk valg for vektreduksjon. Bytting av 17-4PH bolter med GR5 i den kryogene delen av motoren resulterer i en vektreduksjon på 44 %.
Medisinske implantater
GR5 er et standardmateriale for ortopediske implantater-hofteledd, kneledd, beinplater og tannimplantater. Tre grunner: god biokompatibilitet (TiO2-film dannes spontant på titanoverflaten, ikke-giftig og ikke-avvisende); en elastisitetsmodul på 110 GPa, 55 % av kobolt-kromlegeringer-nærmere beinets 20-30 GPa, noe som reduserer spenningsskjermingseffekter; og en styrke på 950 MPa, som oppfyller kravene til belastning.
Imidlertid er GR5s elastisitetsmodul fortsatt høyere enn bein-lang-implantasjon kan forårsake benresorpsjon. Foreløpig kan porøs GR5 (3D-printet med 50-70 % porøsitet) redusere elastisitetsmodulen til 15-30 GPa, nærmere spongøst bein.
Maskineringsutfordringer til GR5
Høy skjæretemperatur for titanlegering – Titans termiske ledningsevne er bare 1/4 av stål, og konsentrerer skjærevarmen ved skjærekanten og forårsaker rask verktøyslitasje. Dreing av GR5 med karbidverktøy krever en lineær hastighet på 40 m/min, som er 1/3 av hastigheten som kreves for maskinering av 304 rustfritt stål. Klorholdig-kjølevæske kreves – vanlige emulsjoner er ineffektive.