Den vanligste titanlegeringen: Ti-6Al-4V (grad 5/TC4) CNC-spisser

I titanlegeringer er Ti-6Al-4V den mest brukte legeringen som materiale for tilpassede CNC-maskineringsdeler. Denne legeringen er vanlig for kritiske applikasjoner innen luftfart og medisinske implantater. En komplett veiledning er gitt i denne artikkelen, som dekker hvert aspekt av denne legeringen.

Hva er den vanligste titanlegeringen?

Det finnes totalt 20–30 Ti-legeringer, men Ti-6Al-4V er den vanligste legeringen i industrien og CNC-maskinering . Den dekker alene 50 % av bruken av Ti-legeringer, noe som viser dens dominans i Ti-legeringer. Hovedårsaken til dominansen er dens mekaniske egenskaper og maskinbarhet. Ti-6Al-4V er det generiske navnet på denne legeringen, etterfulgt av andre navn, for eksempel TC4 i kinesiske standarder og grad 5 i ASTM-standarder.

Hva er Ti-6Al-4V

Det er en α-β Ti-legering som har 6 % aluminium og 4 % vanadium i sin sammensetning. Al er ansvarlig for α-fasestabilisering, og V stabiliserer β-fasen. Det betyr at det er en tofaset Ti-legering. Andre navn inkluderer grad 5, Ti64 og TC4.

Hvorfor Ti-6Al-4V er så vanlig

Det er en trygg, velprøvd legering som er mye brukt innen luftfart og medisinske implantatapplikasjoner. Årsaken til den brede bruken er dens nesten perfekte balanse av egenskaper innen:

• Høyt styrke / vekt-forhold
• Utmerket korrosjonsbestandighet
• Kan brukes opptil 400 °C
• Lett å bearbeide med CNC-maskinering, smiing osv.

Vanlige forhold for Ti-6Al-4V

Den leveres i glødet, spenningsavlastet STA-tilstand, men den nødvendige tilstanden velges basert på bruksområdet. For eksempel, for flyskrogsdeler velges glødet tilstand, og for lastbærende applikasjoner innen luftfart velges løsningsbehandling og aldring (STA).

Ti-6Al-4V navn, kvaliteter og ekvivalenter

Denne legeringen av Ti har flere navn og kvaliteter basert på forskjellige standarder. For eksempel,

Grad 5 vs. Ti-6Al-4V

Ti-6Al-4V og grad 5 er de samme når det gjelder kjemisk sammensetning, mekaniske egenskaper og bruksområder, osv. Grad 5 er bare en kommersiell gradbetegnelse i ASTM-standarder.

Grad 5 brukes når materialstandarder diskuteres eller sammenlignes med andre karakterer.

Ti-6Al-4V brukes når det er relatert til ingeniørdesign, kjemisk sammensetning eller mekaniske egenskaper.

TC4-, Ti64- og UNS-numre

TC4 og Ti64 er navnene på Ti-6Al-4V, men de brukes i forskjellige opprinnelser eller industrier. For eksempel er TC4 navnet på Ti-6Al-4V i Kina. I romfart eller ingeniørfag kalles det Ti64. UNS R56400 er den standardiserte betegnelsen for glødet Ti-6Al-4V.

Grad 23 (ELI) vs. grad 5

ELI står for Extra Low Interstitials, som oksygen, i Ti-6Al-4V. Så begge er like, men forskjellige basert på prosentandelen av interstitials i sammensetningen. På grunn av lavere interstitials i grad 23 har den relativt lavere mekaniske egenskaper, som styrke og god maskinbearbeidbarhet. Grad 23 brukes i medisinske implantater og kryogene miljøer.

Ti-6Al-4V kjemisk sammensetning

Den kjemiske sammensetningen spiller en ekstremt viktig rolle i egenskapene og bruksområdene til det respektive materialet. Ti-6Al-4V er en legering av titan med de viktigste legeringselementene, dvs. Al og V. Vennligst se følgende tabell for den kjemiske sammensetningen av denne legeringen:

Aluminiums rolle i legeringen

Al er et FCC-metall. Det er ansvarlig for å stabilisere alfafasen til Ti-metallet. Det øker transformasjonstemperaturen fra alfa til beta-overgang. Videre øker det de mekaniske egenskapene (flytegrense og strekkfasthet) gjennom forsterkningmekanismen i fast løsning.

Vanadiums rolle i legeringen

Vanadium er et beta-fase stabilisatorelement. Det stabiliserer beta-fasen til Ti-metall ved lavere temperaturer. Videre gir det duktilitet og seighet.

Oksygens rolle i legeringen

Den tilsettes i en svært lav vekt%, dvs. maks. 0.2%. Den gir styrke gjennom en interstitiell forsterkende mekanisme i fast løsning.

Alfa-beta-struktur forklart

α-fasen har en HCP-krystallstruktur og er stabil fra romtemperatur til 882 °C i rent Ti.

Mens β-fasen har en BCC-krystallstruktur og er stabil over 882 °C i rent Ti.

α+β-mikrostrukturen ser ut som α-korn er innebygd i β-matrisen.

Denne mikrostrukturen (α-β) er ansvarlig for ekstremt gode mekaniske egenskaper, dvs. styrke, korrosjonsbestandighet og bruddseighet.

Her er de lysere fargekornene beta-fasen, mens den nålelignende strukturen og den mørkere fasen er alfa-fasen.

Mekaniske egenskaper til Ti-6Al-4V

Grunnen til at Ti-6Al-4V eller -kvalitet er svært vanlig i viktige industrier, som for eksempel luftfart, er på grunn av dens mekaniske egenskaper. La oss diskutere disse egenskapene én etter én:

Strekk- og flytestyrke

Alle de mekaniske egenskapene avhenger i stor grad av varmebehandlingen av legeringen. Generelt:

• Strekkfasthet (ultimativ): 910–960 MPa
• Flytegrense: 840–910 MPa

Selv om det gir en liten forlengelse til brudd, dvs. 10–15 %

Drivere for tretthet og styrke

De viktigste driverne for utmattingsstyrke er:

1. Mikrostruktur (kornstruktur av α-β-fasen)
2. Overflatens tilstand
3. Miljø
4. Varmebehandling (fine utfellinger øker utmattingsstyrken)
5. Defekter og inneslutninger

Denne legeringen viser ikke utholdenhetsgrensen som stål, mens utmattingsfastheten er 550–700 MPa ved 107 ^sykluser.

Ti-6Al-4V hardhet

Hardheten avhenger hovedsakelig av varmebehandlingen. For eksempel, etter gløding er hardheten 340–350 HV, og etter løsningsbehandling og aldring er hardheten 370–390 HV.

Fysiske og termiske egenskaper

Når Ti-6Al-4V ikke er det beste valget?

Det finnes mange situasjoner der Ti-6Al-4V ikke kan brukes, selv om det viser eksepsjonelle mekaniske egenskaper. Hvis for eksempel driftstemperaturen er over 500 °C, er det ikke det beste valget på grunn av rask oksidasjon, dårlig krypestyrke og reduksjon i styrke med stigende temperatur. Andre situasjoner inkluderer:

• Når høyere varmeledningsevne er nødvendig
• Ved alvorlig slitasje, riving eller glidning
• Kostnadseffektivitet er viktig
• Når høy stivhet er nødvendig

Vanlige titanlegeringer

Ti finnes i mange andre legeringer enn Ti-6Al-4V. Det er en legering av luftfartskvalitet, mens andre kvaliteter, som kvalitet 1 og 2, er kommersielle kvaliteter. Disse legeringene er forskjellige når det gjelder mekaniske egenskaper og CNC-maskinering.

Titan klasse 1

En kommersiell legering av Ti med en svært lav prosentandel av legeringselementer. Den er svært duktil og enkel å maskinere på CNC-maskiner. Den brukes der fleksibilitet er nødvendig, for eksempel i plater eller skruer i biomedisinske applikasjoner.

Titan klasse 2

Grad 2 er sterkere enn grad 1, men med en balanse mellom styrke, duktilitet og maskinbarhet. Det er den mest brukte kommersielle grad.

Grad 5 vs. grad 1, 2

CNC-maskinering av Ti-6Al-4V for tilpassede deler

Maskineringsevnen til Ti-6Al-4V er svært viktig med tanke på spesialtilpassede deler, fordi delene i spesialtilpasset maskinering ikke produseres i henhold til standardene. Derfor brukes forskjellige parametere for den spesialtilpassede maskineringsprosessen.

Hvorfor Ti-6Al-4V er vanskelig å maskinere

Under CNC-maskinering er det største problemet arbeidsstykkets lavere varmeledningsevne. Ti-6Al-4V har lavere varmeledningsevne, noe som fører til opphopning av hode ved skjærekantene på skjæreverktøyene. Denne varmen resulterer i slitasje på verktøyet.

Hvis du er på utkikk etter de beste komplette CNC-maskineringsløsningene for dine prosjekter med Ti-6Al-4V-deler, kom til TUOFA CNC Machining Solutions . Vi er utstyrt med de mest avanserte CNC-maskinene og deres ekspertoperatører, noe som gjør oss i stand til å levere de beste maskineringsløsningene til våre kunder til de beste prisene og med kortest mulig leveringstid.

Regler for design for maskinering (DFM)

Design for maskinering betyr optimaliseringer i designene for å øke delens effektivitet og redusere maskineringskostnadene. Dette gjøres hovedsakelig for fileter, tynne vegger, dype lommer, hulldybde og gjengevalg.

For disse delene, unngå skarpe hjørner, lange, smale lommer, underskjæringer og ru overflater. For å unngå verktøyslitasje og nedbøyning av delene, bør kjølevæske brukes kontinuerlig.

Overflatebehandling og etterbehandlingsvalg

Etter maskinering blir overflaten til Ti-6Al-4V ofte behandlet med noen operasjoner for å forbedre overflateegenskaper, som utmattingsstyrke, korrosjonsbestandighet, etc.

Noen tips om maskinering av titan grad 5?

Grad 5 eller Ti-6Al-4V er et vanskelig materiale å maskinere, men disse tipsene kan hjelpe deg med å gjøre det enkelt for prosjektene dine.

Fresing og dreiing av titan

Fresing: En subtraktiv produksjonsprosess der skjæreverktøyet er i drift, men arbeidsstykket forblir stasjonært. Enhver kompleks form kan produseres.

• Bruk lav skjærehastighet og høy matehastighet
• Bruk skarpe og stive verktøy
• Foretrekker klatrefresing

Dreiing: En subtraktiv produksjonsprosess der skjæreverktøyene forblir stasjonære, men arbeidsstykket roterer. Det er spesialisert presisjons-CNC-operasjon for sylindriske former.

• Bruk karbidinnsatser
• Bruk et stivt maskineringsoppsett
• Bruk kjølevæske for å unngå nedbøyning av arbeidsstykket og slitasje på verktøyet
• Bruk høyspiral eller spesielle sponbrytere

Hvordan skjære titan

Det virkelige problemet med å skjære i Ti er varmeakkumulering ved skjærekantene på skjæreverktøyene. Denne akkumulerte varmen resulterer i verktøyslitasje. Så den beste måten å skjære i Ti på er å bruke kun skarpe verktøy, lav skjærehastighet, høy matehastighet, kjølevæske og et stivt maskineringsoppsett. Den beste maskineringsoperasjonen er fresing, dreiing eller vannstråleskjæring.

Hva du bør tenke på?

Dette er de viktige tingene å vurdere før du kutter Ti:

• Materialegenskaper
• Utvalg av skjæreverktøy
• Optimalisering av skjæreparametere
• Varmehåndtering
• Stivhet i maskineringsoppsettet

Raske måter å skjære titan på

Dette er hurtigskjæringsoperasjonene for å skjære Ti raskt.

1. Vannstrålekutting
2. Båndsag
3. Slipende kappeskive
4. Laserskjæring

Ti-6Al-4V brukt i ulike bransjer

Ti-6Al-4V brukes i mange bransjer. Noen av dem diskuteres nedenfor:

Medisinske applikasjoner i titan

I medisinske applikasjoner inkluderer de viktigste egenskapene biokompatibilitet, korrosjonsbestandighet og styrke. Derfor brukes Ti-6Al-4V i mange deler av medisinske applikasjoner. For eksempel:

• Benplater
• Beinskruer
• Hofte- og tannimplantater

Titan i bilindustrien og motorsport

I denne industrien brukes Ti-6Al-4V i produksjonen av mange viktige deler, som eksoskomponenter, titanvippearmer, fjæringskomponenter, forbindelsesstenger og ventiler, på grunn av:

• Høyt styrke-til-vekt-forhold
• God tretthetsmotstand
• Høy temperaturkapasitet
• Utmerket korrosjonsbestandighet

Titan i robotikk

Robotindustrien er avhengig av mekaniske egenskaper, som lett, men sterk, holdbarhet, presisjonsbearbeiding og korrosjonsbestandighet. Ti-6Al-4V kvalifiserer disse egenskapene og brukes i produksjonen av gripere, ledd og dreiepunkter, robotarmlenker, osv.

Tilpassede titandeler

Nesten alle bransjer bruker spesialtilpassede titandiler for å dra maksimal nytte av egenskapene. Ortopediske implantater er for eksempel det største eksemplet på tilpasning av delene. Andre eksempler inkluderer turbinblader og -skiver, forbindelsesstenger osv.

Konklusjon

Ti-6Al-4V er en viktig Ti-legering på grunn av dens eksepsjonelle mekaniske egenskaper. Den har mange navn, som TC4, Ti64 eller grad 5. Den brukes i ulike industrier, inkludert luftfart, biomedisin og bilindustrien. Det er svært vanskelig å maskinere materiale på grunn av dens lavere varmeledningsevne. For å forhindre verktøyslitasje, bruk skarpe verktøy og lav skjærehastighet og høy matehastighet.

Vanlige spørsmål om Ti-6Al-4V (grad 5/TC4)

Hva er navnet på tilsvarende Ti-6Al-4V i forskjellige land

• I USA, 5. klasse
• I Kina, TC4
• I Russland, VT6
• I Japan, Ti-6Al-4V

Hvor mye koster Ti-6Al-4V per kg?

Prisen varierer avhengig av tilstanden, men vanligvis er prisen 30$ - 40$/kg.

Hvor mye er 1 pund titan verdt?

1 pund titanium er verdt 15–25 dollar.

Er Ti-6Al-4V magnetisk?

Det er et paramagnetisk materiale, som betyr at det viser svært ubetydelig eller svært liten tiltrekning i et sterkt magnetfelt.