GR5 Titanium Bar (Ti-6Al-4V) - Produktintroduktion
Oversigt
GR5 titanium bar(Klasse 5, kinesisk betegnelseTC4) er et bar-produkt fremstillet af Ti-6Al-4V-legeringen -, den mest udbredte titanlegering i verden, der tegner sig for over 50 % af det samlede titaniumforbrug. Det kombinerer høj styrke, lav densitet, fremragende korrosionsbestandighed og god fremstillingsevne, hvilket gør det til standardmaterialet til rumfart, medicinsk, marine og højtydende industrielle applikationer. GR5 stænger leveres typisk som varmvalsede, smedede eller koldtrukne/slebne produkter med diametre fra3 mm til 300+ mm, i længder op til 6 meter eller efter behov.
1. Kemisk sammensætning (ifølge ASTM B348 / ASTM F136)
表格
| Element | Indhold (vægt%) | Fungere |
|---|---|---|
| Titanium (Ti) | Saldo (~90 %) | Uædle metal |
| Aluminium (Al) | 5.5 – 6.75% | -stabilisator; styrker og forbedrer ydeevne ved høj-temperatur |
| Vanadium (V) | 3.5 – 4.5% | -stabilisator; forbedrer styrke, duktilitet og hærdelighed |
| Jern (Fe) | Mindre end eller lig med 0,40 % | Grænse for urenheder |
| Ilt (O) | Mindre end eller lig med 0,20 % | Styrkelse af interstitiel (kontrolleret) |
| Kulstof (C) | Mindre end eller lig med 0,08 % | Grænse for urenheder |
| Nitrogen (N) | Mindre end eller lig med 0,05 % | Grænse for urenheder |
| Brint (H) | Mindre end eller lig med 0,015 % | Urenhedsgrænse (kritisk - skørhedsrisiko) |
| Yttrium (Y) | Mindre end eller lig med 0,005 % | Restgrænse |
2. Mekaniske egenskaber (ASTM B348, udglødet tilstand)
表格
| Ejendom | Værdi |
|---|---|
| Trækstyrke | Større end eller lig med 895 MPa(typisk 950-1.100 MPa) |
| Udbyttestyrke | Større end eller lig med 825 MPa(typisk 850-1.000 MPa) |
| Forlængelse | Større end eller lig med 10 % (typisk 14–18 %) |
| Reduktion af areal | Større end eller lig med 25 % |
| Hårdhed | ~320–360 HB (≈ 34–38 HRC) |
| Tæthed | 4,43 g/cm³(ca. 56% af stål) |
| Elastikmodul | ~114 GPa |
| Smelteområde | ~1.600–1.670 grader |
| Servicetemperatur | –250 grader til ~400 grader(lang-sigtet) |
Efteropløsningsbehandling + aldring (STA), kan styrken nå 1.100-1.300 MPa - en ~20-30 % stigning i forhold til den udglødede tilstand.
3. Fysiske egenskaber
表格
| Ejendom | Værdi | Noter |
|---|---|---|
| Styrke-til-vægtforhold | Enestående | Højere end de fleste stål og aluminiumslegeringer |
| Termisk ledningsevne | 6.7 W/(m·K) | Lavt - bearbejdningsvarmekoncentrat ved værktøjet |
| Termisk ekspansion | 8.6 × 10⁻⁶/K | Lav - god dimensionsstabilitet |
| Specifik varme | ~560 J/(kg·K) | |
| Biokompatibilitet | Fremragende | Ikke-toksisk, fuldt accepteret af humant væv |
| Korrosionsbestandighed | Fremragende TiO₂ passiv film | Havvand, klorider, oxiderende syrer, kropsvæsker |
| Magnetiske egenskaber | Ikke-magnetisk | Velegnet til MRI-kompatible enheder |
4. Metallurgiske egenskaber
+ to-fasestruktur: Aluminium stabiliserer den sekskantede fase; vanadium stabiliserer kroppens-centrerede kubiske fase (-transustemperatur ≈ 980-1.000 grader).
Varmebehandles-: Fasen aktivererløsning + ældningsbehandlingfor betydelige styrkeforøgelser - en vigtig fordel i forhold til kommercielt rent titanium.
Kontrol af mikrostruktur: Bearbejdning i +-feltet producerer fine duplex (ligeaksede + transformerede) strukturer med den bedste balance mellem styrke, duktilitet og træthedsmodstand.
Følsomhed: Brintopsamling skal være strengt kontrolleret (svejsning, bejdsning, bearbejdning af kølevæske); -faseindholdet stiger ved forhøjede temperaturer - varmt arbejdsvindue skal administreres.
5. Fremstillingsproces
Smeltning- Tredobbelt vakuumbueomsmeltning (VAR) af svampet titanium + Al-V masterlegering for homogenitet
Smedning/nedbrydning- Ingot smedet til billets i eller +-feltet
Varmvalsning/smedning til stang- Valset eller smedet til endelig eller næsten -endelig diameter (typisk 700-950 grader)
Udglødning- Fræseudglødning ved 700-850 grader for at genoprette duktiliteten
Koldtegning / centerløs slibning(valgfrit) - Til præcisionsdiametre og overfladefinish
Opretning- Drej- eller trykretning
Overfladebehandling- Bearbejdning/drejning, polering eller sandblæsning
Inspektion & prøvning- UT-fejldetektion, dimensionskontrol, træktest, PMI, farvestofpenetrant - fuld MTC (EN 10204 3.1/3.2) leveres
6. Produktformer og tolerancer
表格
| Form | Beskrivelse | Typisk tolerance |
|---|---|---|
| Varmt-valset bar | Som-valset overflade, sort/oxideret | h11/h12 |
| Smedet bar | Bedre indvendig kvalitet, større diametre | Efter aftale |
| Kold-tegnet / jordstang | Lys overflade, præcise mål | h8/h9/h10 |
| Skrællet/drejet stang | Maskinbearbejdet overflade, fjernet afkullet/ -kasselag | h9/h11 |
| Centerløs-jordstang | Spejl eller præcisionsfinish til bearbejdning | h7/h8 |
Tilgængelige overfladeforhold:sort (som-valset), syltet, sandblæst, drejet/slebet, poleret.
7. Vigtige anvendelsesområder
Luftfart (største marked)
Luftfartøjets strukturelle komponenter: rammer, beslag, fastgørelseselementer
Motordele: kompressorblade, skiver, aksler
Landingsstel og aktuatorkomponenter
Helikopterrotornav
Medicinsk
Kirurgiske implantater: knogleskruer, plader, intramedullære søm, spinal fikseringsanordninger
Tandimplantater og abutments
Kirurgiske instrumenter og værktøjsemner
(Bemærk: for permanente implantater, ELI-versionen -Grade 23 / Ti-6Al-4V ELI- med lavere mellemliggende annoncer er ofte angivet i henhold til ASTM F136)
Marine & Offshore
Propelaksler, undervandsbefæstelser, koblinger
Havvandspumpekomponenter, ventilstammer
Strukturelle dele af-dybhavsudstyr
Industri & Energi
Kemiske anlægsskakter, omrørere, pumpekomponenter
Højtryksbeholderkomponenter-
Bilsportsdele (plejlstænger, ventiler)
Sportsudstyr: cykelstel, golfkøllehoveder, tennisketchere
8. Sammenligning: GR5 vs. Pure Titanium Bars
表格
| Punkt | GR2 (TA2) Bar | GR5 (TC4) Bar |
|---|---|---|
| Type | Kommercielt ren | + legering |
| Trækstyrke | ~450-550 MPa | ~950–1.100 MPa |
| Udbyttestyrke | ~350 MPa | ~850 MPa |
| Duktilitet | Højere (ε større end eller lig med 25 %) | Moderat (ε større end eller lig med 10–14 %) |
| Korrosionsbestandighed | Fremragende | Fremragende (næsten-lig) |
| Varmebehandling | Kun udglødning | Løsning + aldring tilgængelig |
| Koste | Sænke | ~2–3× højere |
| Bedst til | Kemisk udstyr, formede dele | Luftfarts-, medicinske,-dele med høj belastning |
9. Relevante standarder
表格
| Standard | Omfang |
|---|---|
| ASTM B348 | Stænger og billets - den primære produktstandard |
| ASTM F67 / F136 | Kirurgiske implantatkvaliteter (F136 for Ti-6Al-4V ELI) |
| AMS 4928 | Aerospace bar, smedning og ringspecifikation |
| ASME SB348 | Trykbeholderkodeversion |
| GB/T 2965 | Kinesisk standard for stænger af titanium og titanlegering |
| DIN 3.7165 / EN 3.7164 | europæiske betegnelser |
