Titanyumun iki kristal yapısı
Titanyum 882 °C'de kristal yapı değiştirir: bu sıcaklığın altında hegzagonal sıkı paket (alfa), üstünde hacim merkezli kübik (beta) yapıdadır. Alaşım elementleri bu iki fazdan birini kararlı kılarak malzemenin karakterini belirler.
- Alfa kararlaştırıcılar
- Alüminyum, oksijen, azot, karbon. Yüksek sıcaklık dayanımı ve kaynaklanabilirlik sağlar; ısıl işlemle sertleştirilemez.
- Beta kararlaştırıcılar
- Vanadyum, molibden, niyobyum, demir, krom. Isıl işlemle sertleşebilirlik ve şekillendirilebilirlik sağlar.
- Nötr
- Zirkonyum ve kalay; her iki fazı da belirgin biçimde kaydırmaz.
Ti-6Al-4V (Grade 5)
Adını bileşiminden alır: ağırlıkça yaklaşık %6 alüminyum ve %4 vanadyum, geri kalanı titanyum. Alfa-beta alaşımıdır; alüminyum alfa fazını, vanadyum beta fazını kararlı kılar. Dünyada üretilen titanyum alaşımlarının yarısından fazlasını bu tek bileşim oluşturur.
| Özellik | Tipik değer |
|---|---|
| Çekme dayanımı | 895-1100 MPa |
| Akma dayanımı | 830-900 MPa |
| Yoğunluk | 4,43 g/cm³ (çeliğin yaklaşık %57'si) |
| Sürekli servis sıcaklığı | yaklaşık 400 °C |
| Elastisite modülü | 110-114 GPa |
Bu birleşim onu çekici kılar: paslanmaz çeliğe yakın ya da ondan yüksek dayanımı yarıya yakın ağırlıkla verir, deniz suyuna ve çoğu kimyasala dirençlidir, vücut dokusuyla uyumludur.
ELI kalitesi
Grade 23, Ti-6Al-4V ELI olarak bilinir; ELI, "Extra Low Interstitials" yani çok düşük arayer elementi anlamına gelir. Oksijen, azot, karbon ve demir sınırları standart Grade 5'e göre daha sıkıdır.
Arayer elementleri dayanımı artırır ama kırılma tokluğunu ve süneklik rezervini düşürür. ELI kalitesi biraz dayanım feda ederek belirgin biçimde daha yüksek kırılma tokluğu ve düşük sıcaklık performansı sunar. Bu yüzden implantlar, kritik havacılık parçaları ve kriyojenik uygulamalar ELI ister.
Oksijen titanyumda bir safsızlık değil, fiilen bir alaşım elementidir. Şartnamede oksijen üst sınırı yazılmamış bir titanyum siparişi eksiktir.
Başlıca kaliteler
| Kalite | Bileşim | Kullanım |
|---|---|---|
| Grade 1-4 | Ticari saf titanyum | Kimya ekipmanı, ısı değiştirici, mimari, plaka |
| Grade 5 (Ti-6Al-4V) | Al %6, V %4 | Havacılık yapısal parçaları, motor bileşenleri, spor ekipmanı |
| Grade 23 (ELI) | Al %6, V %4, düşük arayer | Medikal implant, kritik havacılık, kriyojenik |
| Grade 7 | Ti + Pd | Aşırı indirgeyici ortamlar, kimya sanayisi |
| Grade 9 | Al %3, V %2,5 | Boru ve hidrolik hat; işlenebilirliği daha iyi |
Sünger ingota nasıl dönüşür
- Harmanlama. Titanyum sünger, geri dönüşüm hurdası ve alaşım elementleri (genellikle alüminyum-vanadyum master alaşımı) tartılarak karıştırılır.
- Presleme. Karışım sıkıştırılarak elektrot bloklarına dönüştürülür ve kaynaklanarak tek bir elektrot haline getirilir.
- VAR ergitme. Vakum ark ocağında ergitilir. Havacılık kalitelerinde bu işlem iki ya da üç kez tekrarlanır; her çevrim homojenliği artırır ve inklüzyonları azaltır.
- Şekillendirme. Dövme, haddeleme ve ısıl işlemle nihai yarı mamul elde edilir.
Nihai ürünün oksijen, azot ve demir içeriği büyük ölçüde başlangıçtaki süngerin ve hurdanın saflığıyla belirlenir. Ergitme bu elementleri uzaklaştıramaz; bu yüzden kontrol en baştaki hammaddede yapılır.
Titanyumla çalışmanın zorlukları
- Isı iletimi düşüktür: talaşlı imalatta ısı kesici uçta birikir, düşük kesme hızı ve bol soğutma gerekir.
- Yüksek sıcaklıkta reaktiftir: 600 °C üzerinde oksijen ve azot kapar; kaynak ve ısıl işlem koruyucu atmosfer ister.
- Yapışma eğilimi: kesici takımla kimyasal etkileşime girer, takım ömrü kısalır.
- Geri yaylanma: elastisite modülü düşük olduğu için şekillendirmede telafi gerekir.
Hammadde alırken
- Süngerde oksijen, demir, azot, karbon ve klor üst sınırlarını ayrı ayrı yazın.
- Tane boyutu aralığını ve presleme yönteminize uygunluğunu belirtin.
- Alüminyum ve vanadyum kaynağının saflığını şartnameye ekleyin; bunlar doğrudan nihai bileşime geçer.
- Ambalajın hava ve nem geçirmez olmasını şart koşun.
- Her parti için analiz sertifikası, gerekiyorsa bağımsız laboratuvar doğrulaması isteyin.
Sık sorulan sorular
Ti-6Al-4V nedir?
Ağırlıkça yaklaşık %6 alüminyum ve %4 vanadyum içeren titanyum alaşımıdır; Grade 5 olarak da bilinir. Alfa-beta yapılıdır, çekme dayanımı 895-1100 MPa aralığındadır ve yoğunluğu çeliğin yaklaşık %57'sidir. Dünyada kullanılan titanyum alaşımlarının yarısından fazlasını oluşturur.
Grade 5 ile Grade 23 (ELI) arasındaki fark nedir?
Bileşim aynıdır, fark arayer elementlerinin sınırlarındadır. ELI kalitesinde oksijen, azot, karbon ve demir daha sıkı sınırlandırılır. Bu, dayanımı bir miktar düşürürken kırılma tokluğunu ve düşük sıcaklık performansını belirgin biçimde artırır; medikal implant ve kritik havacılık parçaları ELI ister.
Titanyum alaşımı üretiminde hangi hammaddeler kullanılır?
Temel hammadde titanyum süngerdir. Buna geri dönüşüm hurdası ve alaşım elementleri eklenir; Ti-6Al-4V için yüksek saflıkta alüminyum ve vanadyum kaynağı kullanılır. Karışım preslenip elektrot haline getirilir ve vakum ark ocağında ergitilir.
Titanyumda oksijen neden bu kadar önemli?
Oksijen titanyumda arayer katı eriyik oluşturur ve dayanımı artırır, ancak sünekliği ve kırılma tokluğunu düşürür. Ergitmeyle uzaklaştırılamadığı için kontrol baştaki hammaddede yapılmak zorundadır; bu nedenle şartnamede oksijen üst sınırı mutlaka belirtilir.
Bu yazıda geçen kalemler
Katalogdan açıp kendi şartnamenizi girerek teklif isteyebilirsiniz.
Bu yazı genel bilgilendirme amaçlıdır. Malzeme seçimi ve şartname, kullanım koşullarınıza göre değişir. Aradığınız kalem için katalogdan teklif isteyebilir ya da özel talep açabilirsiniz; teklifiniz en geç 72 saat içinde iletilir.