GR5 (Ti-6Al-4V) je "nerjavno jeklo 301" titanovih zlitin - široko se uporablja in ima široko področje uporabe. Od raketnih teles do človeških kostnih vsadkov je GR5 vseprisoten. Kakšne so temeljne razlike med njim in čistim titanom?
GR5 Oblikovanje kompozicije
GR5 Sestava: aluminij na osnovi titana-5,5-6,5%, vanadij 3,5-4,5%. Aluminij je -stabilizacijski element-, ki izboljšuje trdnost in temperaturno odpornost. Vanadij je -stabilizacijski element-, ki zlitini omogoča ohranjanje + dvofazne -strukture pri sobni temperaturi. Faza zagotavlja visoko{16}}temperaturno stabilnost, medtem ko faza zagotavlja trdnost pri sobni temperaturi. Ta dvofazna struktura je ključna za ravnovesje zmogljivosti GR5.
GR1/GR2 sta eno-fazni zlitini-nizke trdnosti (GR2 natezna trdnost 345MPa), vendar dobre plastičnosti, ki se večinoma uporabljata v kemični opremi in ploščnih izmenjevalnikih toplote. GR5 ima natezno trdnost 950 MPa, kar je 2,7-krat več kot GR2, vendar je njegov raztezek le polovico manjši od GR2.
Aerospace Applications
Rezervoarji za raketno gorivo: rezervoarji za gorivo SpaceX Falcon 9 uporabljajo aluminijevo zlitino 2219, vendar lupina motorja druge -stopnje uporablja GR5 – trdnost aluminijevih zlitin preveč pade pri visokih temperaturah. GR5 popušča do 500 MPa pri 400 stopinjah, dvakrat več kot 2219.
Satelitska podpora in pritrdilni elementi: GR5 ima gostoto 4,43 g/cm³, kar je 56 % gostote jekla. Vsak kilogram zmanjšanja teže satelita prihrani 10.000 USD pri stroških izstrelitve-GR5, ki nadomešča jeklene pritrdilne elemente, je ekonomična izbira za zmanjšanje teže. Zamenjava vijakov 17-4PH z GR5 v kriogenem delu motorja povzroči zmanjšanje teže za 44 %.
Medicinski vsadki
GR5 je standardni material za ortopedske vsadke-kolčne sklepe, kolenske sklepe, kostne ploščice in zobne vsadke. Trije razlogi: dobra biokompatibilnost (film TiO2 se spontano oblikuje na površini titana, ni-strupen in ne-zavrača); modul elastičnosti 110 GPa, 55 % kobalt-kromovih zlitin-bližje kostnim 20-30 GPa, zmanjšanje učinkov zaščite pred napetostjo; in trdnostjo 950 MPa, kar ustreza zahtevam glede nosilnosti.
Vendar pa je modul elastičnosti GR5 še vedno višji od kosti-dolgotrajna-vsaditev lahko povzroči resorpcijo kosti. Trenutno lahko porozni GR5 (3D-natisnjen s 50–70 % poroznostjo) zmanjša elastični modul na 15–30 GPa, bližje gobasti kosti.
Izzivi strojne obdelave GR5
Visoka temperatura rezanja titanove zlitine – Titanova toplotna prevodnost je le 1/4 toplotne prevodnosti jekla, kar koncentrira rezalno toploto na rezalnem robu in povzroča hitro obrabo orodja. Struženje GR5 z orodji iz karbidne trdine zahteva linearno hitrost 40 m/min, kar je 1/3 hitrosti, potrebne za obdelavo nerjavečega jekla 304. Potrebna je hladilna tekočina,-ki vsebuje klor – navadne emulzije so neučinkovite.