GR5 (Ti-6Al-4V) — це "нержавіюча сталь 301" титанових сплавів, вона широко використовується та має широкий діапазон застосування. Від ракетних корпусів до людських кісткових імплантатів, GR5 є всюдисущим. Які принципові відмінності його від чистого титану?
GR5 Дизайн композиції
GR5 Склад: титан-алюміній 5,5-6,5%, ванадій 3,5-4,5%. Алюміній є -стабілізуючим елементом-, який підвищує міцність і термостійкість. Ванадій є -стабілізуючим елементом-, який дозволяє сплаву зберігати + подвійну-фазову структуру за кімнатної температури. Фаза забезпечує високу -температурну стабільність, тоді як фаза забезпечує міцність при кімнатній температурі. Ця двофазна структура є ключем до балансу продуктивності GR5.
GR1/GR2 – це одно-фазні сплави-з низькою міцністю (межа міцності GR2 345 МПа), але з хорошою пластичністю, які в основному використовуються в хімічному обладнанні та пластинчастих теплообмінниках. GR5 має межу міцності на розрив 950 МПа, що в 2,7 рази перевищує міцність GR2, але його подовження лише вдвічі менше ніж у GR2.
Аерокосмічні програми
Баки для ракетного палива: у паливних баках SpaceX Falcon 9 використовується алюмінієвий сплав 2219, але в корпусі двигуна другого-ступеня використовується GR5 – міцність алюмінієвих сплавів надто падає при високих температурах. GR5 дає 500 МПа при 400 градусах, що вдвічі більше ніж 2219.
Опора сателітів і кріплення: GR5 має щільність 4,43 г/см³, що на 56% становить щільність сталі. Кожен кілограм зменшення ваги супутника економить 10 000 доларів США на витратах на запуск-Заміна сталевих кріплень GR5 є економічним вибором для зменшення ваги. Заміна болтів 17-4PH на GR5 у кріогенній секції двигуна призводить до зменшення ваги на 44%.
Медичні імплантати
GR5 є стандартним матеріалом для ортопедичних імплантатів-тазостегнових суглобів, колінних суглобів, кісткових пластин і зубних імплантатів. Три причини: хороша біосумісність (плівка TiO2 спонтанно утворюється на поверхні титану, не-токсична та не-відторгається); модуль пружності 110 ГПа, 55% кобальт-хромових сплавів-ближче до 20-30 ГПа кістки, що зменшує ефекти екранування напруги; і міцністю 950 МПа, що відповідає вимогам несучої здатності.
Однак модуль пружності GR5 все ще вищий, ніж у кістки-тривала-імплантація може спричинити резорбцію кістки. Наразі пористий GR5 (3D-друк із пористістю 50-70%) може зменшити модуль пружності до 15-30 ГПа, ближче до губчастої кістки.
Проблеми обробки GR5
Висока температура різання титанового сплаву – теплопровідність титану становить лише 1/4 від сталі, що концентрує тепло різання на ріжучій кромці та спричиняє швидкий знос інструменту. Точіння GR5 за допомогою твердосплавних інструментів вимагає лінійної швидкості 40 м/хв, що становить 1/3 швидкості, необхідної для обробки нержавіючої сталі 304. Потрібна охолоджувальна рідина,-що містить хлор – звичайні емульсії неефективні.