GR5 (Ti-6Al-4V) és l'"acer inoxidable 301" dels aliatges de titani; s'utilitza àmpliament i té una àmplia gamma d'aplicacions. Des dels cossos de coets fins als implants ossis humans, GR5 és omnipresent. Quines són les diferències fonamentals entre aquest i el titani pur?
GR5 Disseny de la composició
GR5 Composició: alumini a base de titani-5,5-6,5%, vanadi 3,5{-4,5%. L'alumini és un -element estabilitzador-que millora la força i la resistència a la temperatura. El vanadi és un -element estabilitzador-que permet que l'aliatge mantingui una estructura de fase +-a temperatura ambient. La fase garanteix una alta-estabilitat a la temperatura, mentre que la fase garanteix la resistència a la temperatura ambient. Aquesta estructura de doble fase és clau per a l'equilibri de rendiment de GR5.
GR1/GR2 són aliatges monofàsics- de baixa resistència (resistència a la tracció GR2 345MPa) però de bona plasticitat, utilitzats principalment en equips químics i intercanviadors de calor de plaques. GR5 té una resistència a la tracció de 950MPa, 2,7 vegades la del GR2, però el seu allargament és només la meitat del GR2.
Aplicacions aeroespacials
Tancs de combustible de coets: els dipòsits de combustible SpaceX Falcon 9 utilitzen aliatge d'alumini 2219, però la carcassa del motor de la segona-etapa utilitza GR5: la resistència dels aliatges d'alumini cau massa a altes temperatures. GR5 cedeix a 500 MPa a 400 graus, el doble que el 2219.
Suport i fixacions per satèl·lit: GR5 té una densitat de 4,43 g/cm³, que és un 56% de la de l'acer. Cada quilogram de reducció de pes en un satèl·lit estalvia 10.000 dòlars en costos de llançament-GR5 que substitueix els elements de fixació d'acer és una opció econòmica per reduir el pes. La substitució de cargols 17-4PH per GR5 a la secció criogènica del motor té com a resultat una reducció de pes del 44%.
Implants mèdics
GR5 és un material estàndard per a implants ortopèdics-articulacions de maluc, articulacions de genoll, plaques òssies i implants dentals. Tres motius: bona biocompatibilitat (la pel·lícula de TiO2 es forma espontàniament a la superfície de titani, no-tòxica i no-rebutjant); un mòdul elàstic de 110 GPa, un 55% dels aliatges de cobalt-crom-més proper als 20-30 GPa de l'os, reduint els efectes de protecció contra l'estrès; i una força de 950 MPa, que compleix els requisits de càrrega.
Tanmateix, el mòdul elàstic de GR5 és encara més alt que la implantació òssia-a llarg-pot provocar la reabsorció òssia. Actualment, el GR5 porós (impressió en 3D amb un 50-70% de porositat) pot reduir el mòdul elàstic a 15-30 GPa, més a prop de l'os esponjoso.
Reptes de mecanitzat del GR5
Alta temperatura de tall de l'aliatge de titani: la conductivitat tèrmica del titani és només 1/4 de la de l'acer, concentrant la calor de tall a la vora de tall i provocant un ràpid desgast de l'eina. El tornejat GR5 amb eines de carbur requereix una velocitat lineal de 40 m/min, que és 1/3 de la velocitat necessària per mecanitzar acer inoxidable 304. Cal un refrigerant que contingui clor-; les emulsions normals són ineficaces.