GR5 (Ti-6Al-4V) ir titāna sakausējumu "301. nerūsējošais tērauds" — tas tiek plaši izmantots, un tam ir plašs pielietojuma diapazons. No raķešu korpusiem līdz cilvēka kaulu implantiem GR5 ir visuresošs. Kādas ir galvenās atšķirības starp to un tīru titānu?
GR5 kompozīcijas dizains
GR5 Sastāvs: Titāna-alumīnijs 5,5-6,5%, vanādijs 3,5-4,5%. Alumīnijs ir -stabilizējošs elements-, kas uzlabo izturību un temperatūras izturību. Vanādijs ir -stabilizējošais elements-, kas ļauj sakausējumam uzturēt + divfāzu{14}}struktūru istabas temperatūrā. Fāze nodrošina augstu{16}}temperatūras stabilitāti, savukārt fāze nodrošina telpas temperatūras izturību. Šī divfāzu struktūra ir atslēga GR5 veiktspējas līdzsvaram.
GR1/GR2 ir vienfāzes sakausējumi-, kas ir zemas stiprības (GR2 stiepes izturība 345 MPa), bet ar labu plastiskumu, ko galvenokārt izmanto ķīmiskajās iekārtās un plākšņu siltummaiņos. GR5 stiepes izturība ir 950 MPa, kas ir 2,7 reizes lielāka nekā GR2, taču tā pagarinājums ir tikai uz pusi mazāks nekā GR2.
Kosmosa lietojumprogrammas
Raķešu degvielas tvertnes: SpaceX Falcon 9 degvielas tvertnēs tiek izmantots 2219 alumīnija sakausējums, bet otrās-pakāpes dzinēja korpusā tiek izmantots GR5 — alumīnija sakausējumu izturība pārāk daudz samazinās augstā temperatūrā. GR5 nodrošina 500 MPa pie 400 grādiem, divreiz vairāk nekā 2219.
Satelīta atbalsts un stiprinājumi: GR5 blīvums ir 4,43 g/cm³, kas ir 56% no tērauda blīvuma. Katrs satelīta svara samazināšanas kilograms ietaupa 10 000 $ no palaišanas izmaksām-GR5 tērauda stiprinājumu nomaiņa ir ekonomiska izvēle svara samazināšanai. Aizstājot 17-4PH skrūves ar GR5 dzinēja kriogēnajā daļā, tiek samazināts svars par 44%.
Medicīniskie implanti
GR5 ir standarta materiāls ortopēdiskajiem implantiem-gūžas locītavām, ceļa locītavām, kaulu plāksnēm un zobu implantiem. Trīs iemesli: laba bioloģiskā saderība (TiO2 plēve spontāni veidojas uz titāna virsmas, nav -toksiska un neatgrūda); elastības modulis 110 GPa, 55% kobalta -hroma sakausējumu- ir tuvāk kaula 20-30 GPa, samazinot stresa aizsargefektus; un izturība 950 MPa, kas atbilst nestspējas prasībām.
Tomēr GR5 elastības modulis joprojām ir augstāks nekā kaula-ilgtermiņa-implantācija var izraisīt kaulu rezorbciju. Pašlaik porains GR5 (3D drukāts ar 50–70% porainību) var samazināt elastības moduli līdz 15–30 GPa, tuvāk spožkaulam.
GR5 apstrādes izaicinājumi
Titāna sakausējuma augsta griešanas temperatūra – titāna siltumvadītspēja ir tikai 1/4 no tērauda siltuma vadītspēja, koncentrējot griešanas siltumu griešanas malā un izraisot ātru instrumenta nodilumu. GR5 virpošanai ar karbīda instrumentiem nepieciešams lineārais ātrums 40 m/min, kas ir 1/3 no ātruma, kas nepieciešams nerūsējošā tērauda 304 apstrādei. Nepieciešams hloru-saturošs dzesēšanas šķidrums – parastās emulsijas ir neefektīvas.