ТИ-6АЛ-4В Алуција титанијум: Својства, Предности, Апликације

1. Шта је ти-6ал-4в легура титанијум-4В?

ТИ-6АЛ-4В је висока перформанса легура титанијум-а садрже отприлике 6% алуминијум (Алтер), 4% ванадијум (У), и баланс титанијум (Од), са количинама у траговима кисеоника, гвожђе, и други елементи.

Класификовано као α + β легуре, Комбинује својства и алфа и бета фазе, што резултира Одлична омјер снаге до тежине, Врхунски отпорност на корозију, и перформансе високог умора.

Такође познат и као Разреда 5 Титанијум, УС Р56400, или АСТМ Б348, ТИ-6АЛ-4В је најчешће коришћена легура титанијум-а широм светала, рачуноводство скоро Половина укупних титанијумских апликација.

Његова затезна чврстоћа обично се креће од 900 до 1100 МПА, са густином 4.43 Г / цм³, прављење о томе 45% лакши од челика Ипак, способан да постигне упоредиве или супериорне механичке перформансе.

Историјски развој

ТИ-6АЛ-4В је први пут развијен 1950-их за ваздухопловне апликације, где је потражња за материјалима са малим тежином, велика снага, и отпорност на температуру је била критична.

Временски, Његова употреба проширена је без ваздухопловства медицинских имплантата, Аутомобилски трцинг, и индустријска опрема, Захваљујући својој биокомпатибилности и хемијској стабилности.

2. Хемијски састав ТИ-6АЛ-4В

3. Физичка и механичка својства ТИ-6АЛ-4В

ТИ-6АЛ -4В (Разреда 5 / 23. разред) комбинат Висока специфична чврстоћа, Добра жилавост прелома, и Одлична отпорност у умору са Умерена еластична крутост и ниска топлотна / електрична проводљивост.

Својства точно зависе Образац производа (кова, лишити, У ам), топлотни третман (аннеалид вс. Ста вс. Б - Анннеал), нечистоћа (интерстицијски) нивоима, и да ли је део био Прекривен (Заједничко за делове за одлив / АМ).

Физички (Термо-физички) Својства

Механичка својства собе-температуре (Заступник)

Приказане вредности су типичне распоне; Тачни бројеви зависе од обрасца производа, Величина секције, и спецификација.

Умор & Прелом

• Умор високог циклуса (Р = -1, 10⁷ Циклуси циклуса):

• • Кова / Хип'д је бацио / Хип'д Ам:~ 450-600 МПА (Површинска завршна обрада и контрола оштећења критично).
  • Улога / Као уграђени ам (без кука): обично 20-30% ниже Због порозности и микродефеката.

• Умор ниског циклуса: Снажно зависи од микроструктуре и површинских услова; Би-модални и фини α колоније углавном надмашују грубе ламеларне структуре на РТ.
• Жилавост прелома (К_иц):

• • Разреда 5: ~ 55-75 мПа√М
  • Разреда 23 (Ели):~ 75-90 мПа√М (екстра-ниске интерстицијене побољшавају жилавост).

• Раст пукотина: Ламеллар (трансформисани β) Структуре се могу побољшати Отпорност на раст умора, Док је фино подесило АИДС отпорност на иницијацију.

Пузати & Снага повишене температуре

• Употребљива до ~ 400-500 ° Ц За већину структурних дужности; изнад овога, Снага и отпорност на оксидацију Деградирати.
• Пузати: ТИ-6АЛ -4В емисије Значајно пузање изнад ~ 350-400 ° Ц; За услугу виших температура, Остале легуре ти (Нпр., Од-6242, Од-1100) или НИ-Басе Супераллоис (Нпр., Уносилац 718) су пожељни.
• Ефекат микроструктуре:Ламеллар / Видманстаттен (од β-аннеал или споро хлађење) нуди БОЉИ РАЗЛИКА РАСТА И ЦРАКА него једнаке структуре.

Утицај интерстиција & Микроструктура

• Кисеоник (О): +0.1 вт% о може Подигните УТ-ове од ~ 100 МПА али смањити издужење неколико бодова.
  Отуда Разреда 23 (Ели) са доњим О / Н / Х је одређено за Имплантати и оштећења толерантних ваздухопловних делова.
• Контрола микроструктуре (преко топлоте):

• • Двоструко / би-модал: Добра равнотежа снаге, дуктилност, и жилавости уобичајено у ваздухопловству.
  • Ламеллар: Побољшани раст пукотина / отпорност на пузање, Доња дуктилност - која се користи у дебелим пресецима или високо-т услузи.

Површинско стање, Преостали стрес & Завршњак

• Површинска завршна обрада може да пребаци снагу умора >25% (АС-Мацхинед / полирано вс. као да је бачен или уграђен).
• Пуцано за љуштење / Ласерско удар: Увести компресивне заостале напрезате → Побољшање живота умор до 2 ×.
• Хемијски глодање (уобичајено у делови за одлив / ам) умањење алфа-футрола и квар у близини површине који иначе деградирају умор / перформансе прелома.

4. Отпорност на корозију и биокомпатибилност

Отпорност на корозију

ТИ-6АЛ-4В дугује своју корозивну отпорност на чврсто лепљење титанијум диоксида (Тио₂) пасивни слој, формирана спонтано у ваздуху или води. Овај слој:

• Спречава даљу оксидацију, са стопом корозије <0.01 мм / година у морској води (10× бољи од 316Л нерђајући челик).
• Одаристи на ручице изазване хлоридом (Критично за морске и оффсхоре апликације), са еквивалентним бројем који се врши резистенцију (Дрва) од ~ 30.
• Издржати већину киселина (сумпорни, азотни) и алкалис, Иако је подложно хидрофлуоричној киселини (Хф) и снажне редукционе киселине.

Биокомпатибилност

Његова нетоксична и неактивна природа чини ТИ-6АЛ-4В материјал избора за ортопедске имплантате, зубни вијци, и хируршки уређаји.

5. Обрада и израда Алуције титанијум-4ал-4В

ТИ-6АЛ -4В (5. разред / разред 23) је познат по својој високим однос снаге и тежине и отпорности на корозију, Али ове предности долазе са Значајан изазови за обраду

Због своје ниске топлотне проводљивости, Висока хемијска реактивност, и релативно велика тврдоћа у поређењу са алуминијумом или челиком.

Обрада изазова и стратегија

Изазови:

• Ниска топлотна проводљивост (~ 6-7 В · м⁻¹ · к⁻¹): Топлота се гради на интерфејсу сечења, Акцелерациона трака алата.
• Висока хемијска реактивност: Тенденција да се жучно или завари за алате за резање.
• Еластични модул (~ 110 ГПА): Нижа крутост значи да се радни комади могу одбити, Захтевање крутих подешавања.

Стратегије за обраду ТИ-6АЛ-4В:

• Употреба Алати за карбиде са оштрим ивицама за сечење и топлотни премази (Тиалн, Злато).
• Нанети расхладна течност високог притиска или криогено хлађење (течни азот) За управљање топлотом.
• Преферирати Доња брзина сечења (~ 30-60 м / мин) са Висока стопа хране Да бисте смањили време задржавања.
• Заповедати машинска обрада велике брзине (Хмсм) са трохоидном алатом за минимизирање оптерећења алата и концентрације топлоте.

Ковање, Котрљање, и формирање

• Ковање: ТИ-6АЛ-4В је обично фалсификован између 900-950 ° Ц (А + Б Регион).
  Брзо хлађење (хлађење ваздуха) помаже да производе у реду, двоструко микроструктуре са добре равнотеже снаге чврстоће.
• Топло котрљање: Производи танке плоче или листове за ваздухопловне коже и компоненте медицинских уређаја.
• Суперпластично формирање (Спф): У ~ 900 ° Ц, ТИ-6АЛ-4В може да постигне продужење >1000% са формирањем притиска гаса, Идеално за сложене ваздухопловне плоче.

Цастинг

• ТИ-6АЛ-4В може бити Инвестициони уложак (Процес изгубљеног воска) али захтева Вакуум или инерт атмосфере Због реактивности са материјалима кисеоника и калупа.
• Ватростални калупи као што је ИТТРИА или Зирконија користи се за избегавање контаминације.
• Кук (Вруће изостатско прешање) is commonly applied post-casting to eliminate porosity and improve mechanical properties to near-wrought levels.

Додатна производња (3Д Штампање)

• Процеси:

• • Фузија ласера у праху (ЛПБФ) и Топило се топљење електрона (EBM) are dominant for Ti‑6Al‑4V.
  • Усмерена полагања енергије (Дед) is used for repair or large structures.

• Предности:

• • Сложене геометрије, решетке структуре, and lightweight designs with до 60% смањење тежине compared to conventional machining from billets.
  • Minimal material waste—critical since Ti‑6Al‑4V raw material costs $25–40/kg.

• Изазови:

• • As-built parts often have anisotropic microstructures and residual stresses, који захтева HIP and heat treatment.
  • Surface roughness from powder fusion must be machined or polished.

Заваривање и придруживање

• Reactivity with air at high temperatures захтевати аргонска заштита (or inert chambers).
• Методе:

• • Гтав (Камен) и Заваривање електрона (Емб) are common for aerospace components.
  • Ласерско заваривање: Висока прецизност, низак унос топлоте.
  • Заваривање трења (Фсв): Emerging for certain aerospace structures.

• Превентивне мере: Oxygen or nitrogen contamination during welding (>200 ппм о₂) може да изазове ублажавање.
• Пост-заваривање топлотних третмана могу се тражити да обнављају дуктилити.

Површински третмани и завршни обрада

• Уклањање алфа: Ливени или фалсификовани површине Развијте крхки слој богат кисеоником ("Алфа-цасе") који се мора уклонити путем хемијска глодање или обрада.
• Очвршћавање површине: Нитринг плазми или анодизирање повећава отпорност на хабање.
• Полирање & Премаз: Медицински имплантати захтевају огледало и био-премази (хидроксиапатит, Лименка) За биокомпатибилност и хабање.

Искоришћеност трошкова и материјала

• Традиционална обрада од грешке има омјер од летења 8:1 до 20:1, значење 80-95% материјалног отпада-Осторно на 25-40 долара / кг за ТИ-6АЛ-4В.
• Технике близу нето облика попут Инвестициони ливење, ковање унапред, и производња адитива значајно смањити материјални отпад и трошкове.

6. Топлотно лечење и контрола микроструктуре

ТИ-6АЛ-4В је α + β легура; Његове перформансе регулише се колико је свака фаза присутна, њихова морфологија (двоструко, бимодалан, Ламеллар / Видманстаттен), величина колоније, и чистоћа / интерстицијски ниво (Разреда 5 вс оцена 23 Ели).

Јер β-ТРАНСУС је обично ~ 995 ° Ц (± 15 ° Ц), да ли топлијеш испод или изнад ове температуре одређује резултирајућу микроструктуру и, стога, Снага-дуктилити-жилавост-жилавости-уморни баланс.

Примарне породице за топлоте

(Тачне температуре / држите се времена зависе од спецификације-АМС-а 4928/4911/4999, АСТМ Б348 / Б381 / Б367 / Ф1472 / Ф136, цртеж купца, и жељени сет некретнине.)

Кук: ДЕНСИФИКАЦИЈА КАО "МУСТ-ДО" ЗА ГЛАВАЊЕ & У ам

• Зашто: Чак и мали поре (<0.5%) су погубне за умор живота и жилавошћу прелома.
• Исход: Кук обично обнавља дуктилност и умор до нивоа кованог коња, значајно смањујући расипање имовине.
• Следити: Пост-кук олакшање од стреса или аннеал могу даље стабилизовати микроструктуру и смањити заостале напрезање.

Упутства у настајању

• Под-Трансус Рапид топлотни третмани (Кратки циклус) да смањите трошкове док ударате на високу чврстоћу.
• Микроструктура дизајном у ам: Контрола ласерског параметра + Ин-ситу управљање топлотом да се гурне према једнакој α / β без пуног кука (истраживачка фаза).
• Напредно завијање (Лсп) & Модификација површине да гурнете уморске границе више без промене баш микроструктуре.
• ХТ оптимизација у учењу машина Користећи податке из дилатометрије, ДСЦ, и механичко испитивање да се брзо предвиђа оптималне рецепте.

7. Главне апликације ТИ-6Ал-4В легуре титанијум-а

ТИ-6АЛ -4В (Разреда 5) Доминира на тржишту легура титанијума, рачуноводство Отприлике 50-60% свих титанијумских апликација широм света.

То је Изузетна омјер снаге до тежине (УТС ≈ 900-1,050 МПА), отпорност на корозију, умор умора, и биокомпатибилност учини га неопходним у више индустрија високог перформанси.

Ваздухопловство

• Авионске структуре:

• • Фуселаге Фрамес, Компоненте преноса, Пилонски носачи, и дијелови хидрауличког система.
  • Титанијум-ова уштеда тежине у поређењу са челиком (≥40% упаљач) омогућити смањење горива од 3-5% по авиону, Критично за модерне комерцијалне и војне млазете.

• Компоненте јет мотора:

• • Фан Бладес, Компресорски дискови, чамац, и компоненте за потомство.
  • ТИ-6АЛ-4В одржава снагу до 400-500 ° Ц, чинећи га идеалним Фазе компресора где је висок топлотни и уморни отпор пресудан.

Медицински и зубни

• Ортопедски имплантати:

• • Замјене кука и колена, Спинал Фусион уређаји, коштане плоче, и вијци.
  • ТИ-6АЛ -4В ЕЛИ (Разреда 23) је фаворизовано због њеног Побољшана жилавост прелома и низак интерстицијски садржај, Смањење ризика од неуспјеха имплантата.

• Стоматолошке апликације:

• • Круне, Зубни имплантати, и ортодонтски заграде због Биокомпатибилност и оссеинтеграција, Промовисање снажне кости.

• Хируршки инструменти:

• • Алати као што су пинцете, бушилице, и скалпелове ручке које захтевају оба Отпорност високе чврстоће и стерилизације.

Аутомобили и мотопорти

• Компоненте високих перформанси:

• • Тркачке аутомобиле, вентили, Повезивање шипки, и испушни системи.
  • Титанијум смањује тежину 40-50% у поређењу са челиком, Побољшање убрзања, кочење, и ефикасност горива у конкурентним мотопорцима.

• Луксузна и електрична возила (ЕВС):

• • Употреба у настајању у ЕВ кућиштима за батерије и структурални делови у којима лагана и корозијска отпорност проширују опсег и поузданост.

Маринац и батина

• Морнарички & Комерцијалне пловиле:

• • Осовине пропелера, Системи цевовода морске воде, и измењивачи топлоте.
  • ТИ-6АЛ-4В је отпоран на корозија изазвана хлоридом и кројевима, надмашују нехрђајући челик и легуре бакра.

• Уље & Структуре од гаса:

• • Користи се у рисерима, подземни вентили, и опрему високог притиска због њене Отпорност на кисело гасно окружење и пуцање корозије на стрес.

Индустријска и хемијска обрада

• Измењивачи топлоте & Реактори:

• • ТИ-6АЛ-4В издржава Оксидација и благо смањење окружења, Идеално за хлор-алкалне биљке и системе за десалинирање.

• Генерација електричне енергије:

• • Обука за турбине и компоненте компресора у Постројења за нуклеарне и фосилне Тамо где су отпорност на корозију и умор пресудни.

• 3Д Штампање индустријских делова:

• • Широко се користи у Додатна производња (У ам) За ваздухопловне заграде, раздјелнике, и прототипови.

Потрошачка и спортска роба

• Спортска опрема:

• • Главе голф клуба, Оквири за бицикле, Тениски рекети, и пењање опреме, искористити је Лагана и велика чврстоћа.

• Луксузни сатови и електроника:

• • Случајеви, безелс, и структурне компоненте у којима Отпорност на огреботине и естетика цењени су.

8. Предности титанијум-4В-4В легуре

• Велики однос велике снаге
  ТИ-6АЛ-4В је отприлике 45% лакши од челика Док нуди упоредиву или вишу затезну чврстоћу (~ 900-1100 МПА), чинећи га идеалним за лагано, Компоненте високих перформанси.
• Изузетна отпорност на корозију
  Формирање стабилног и само-лечења Тиои оксидни слој штити легуру од корозије у марици, хемијски, и индустријска окружења.
• Изванредан умор и отпорност на лом
  Одлична отпорност на циклично учитавање и ширење пукотина осигурава дугорочна трајност, посебно у ваздухопловству и аутомобилским апликацијама.
• Врхунска биокомпатибилност
  Природно инертни и нетоксични, ТИ-6АЛ-4В је широко се користи у медицинским имплантатима и хируршким алатима Због њене компатибилности са људским телом.
• Термичка стабилност
  Одржава механичке перформансе на Температуре до 500 ° Ц, што га чини погодним за компоненте мотора и топлотне интензивне апликације.
• Свестраност у производњи
  Може се прерадити кроз ковање, ливење, обрада, и напредне технике попут производње адитива (3Д штампање), Понуда флексибилности дизајна.

9. Ограничења и изазови ТИ-6АЛ-4В легуре титанијум-а

• Трошкови високог материјала и прераде
  ТИ-6АЛ-4В је знатно скупља од класичних легура попут алуминијума или карбонског челика због Високи трошак сијања титанијума (≈ $ 15-30 / кг) и енергетски интензивни процес крола.
• Тешка израда
  Ниска топлотна проводљивост (о томе 6.7 В / м · к) доводи до локализованог загревања током обраде, проузроковати ношење алата, ниске брзине сечења, и виши трошкови производње.
• Температура ограничене услуге
  Док је јак на умереним температурама, механичка својства деградирати даље 500° Ц, Ограничавање њене употребе у ултра-високотембер-температурно окружењима као што су одређене компоненте турбине.
• Сложени захтеви за заваривање
  Заваривање ТИ-6АЛ-4В захтева инертна заштита од гаса (аргон) да се спречи контаминација кисеоником или азотом. Без одговарајуће контроле, Завари могу постати крхки и склони пуцању.
• Осетљивост на кисеоник и нечистоће
  Чак и мали ниво кисеоника (>0.2%) моћи драстично смањити дуктилност и жилавост, Захтева строгу контролу квалитета током прераде и складиштења.

10. Стандарди и спецификације

• АСТМ Б348: Ковано ти-6ал-4в (барови, листови, плоче).
• АСТМ Б367: Цомпонентс ЦАСТ ТИ-6АЛ-4В.
• АМС 4928: Ваздухопловство од стране кованог нивоа ТИ-6АЛ-4В.
• ИСО 5832-3: Медицински имплантати (Ели разред).
• МИЛ-Т-9046: Војне спецификације за ваздухопловне апликације.

11. Поређење са другим материјалима

ТИ-6АЛ-4В Алуција титанијум-4В је често у поређењу с другим широко коришћеним инжењерским материјалима као што су алуминијумске легуре (Нпр., 7075), нерђајући челик (Нпр., 316Л), и супераллоис на бази никла (Нпр., Уносилац 718).

12. Закључак

ТИ-6АЛ-4В Легура титанијума остаје окосница индустрије високог перформанси, нуде неуспоредиве равнотеже снаге, смањење тежине, и отпорност на корозију.

Иако истраге њене трошкове и обраде, Напредак у додатној производњи и металургију праха смањују се материјални отпад и трошкове производње, Осигуравање његовог растућег релевантности у ваздухопловству, медицински, и будуће технологије истраживања простора.

 

Често постављана питања

Зашто је ТИ-6АЛ-4В скупљи од челика?

Сирова титанијум сунђера ($15-30 / кг) и сложена обрада (топљење вакуума, Специјализована обрада) Направите ТИ-6АЛ-4В 5-10 × Цостлиер од челика, Иако његова уштеда у тежини често надокнађује трошкове животног циклуса.

Је ТИ-6АЛ-4В магнетни?

Не. Његова алфа-бета микрострукција је не-магнетна, чинећи га погодном за ваздухопловство и медицинске апликације у којима је магнетизам проблематичан.

Цан ТИ-6АЛ-4В се користи за контакт са храном?

Да. Упознаје ФДА стандарде (21 ЦФР 178.3297) За контакт са храном, са отпорношћу на корозију осигуравајући да се без металног испирања.

Како ти-6ал-4В упоређује са ТИ-6АЛ-4В ЕЛИ?

ТИ-6АЛ-4В ЕЛИ (Екстра ниско интерстицијално) има нижи кисеоник (<0.13%) и гвожђе (<0.25%), Повећање дуктилности (12% издужење) и биокомпатибилност преферираних за медицинске имплантете.

Која је максимална температура ТИ-6АЛ-4В може да издржи?

Поуздано делује до 400 ° Ц. Изнад 500 ° Ц, Повећати цене пузања, Ограничавање употребе у апликацијама за високо топлоте (Нпр., Топли одељци за гас турбине, Тамо где се преферирају ницкел супераллои).