GR5(Ti{4}}6Al-4V)는 티타늄 합금의 "301 스테인리스강"으로 널리 사용되고 적용 범위가 넓습니다. 로켓 본체부터 인간의 뼈 임플란트까지 GR5는 어디에나 있습니다. 순수 티타늄과 근본적인 차이점은 무엇입니까?
GR5 구성 디자인
GR5 구성: 티타늄-기반 알루미늄 5.5-6.5%, 바나듐 3.5-4.5%. 알루미늄은 강도와 내열성을 향상시키는 -안정화 요소-입니다. 바나듐은 합금이 실온에서 + 이중상 구조를 유지할 수 있도록 하는 -안정화 원소-입니다. 상은 고온-온도 안정성을 보장하고 상은 실온 강도를 보장합니다. 이 이중 위상 구조는 GR5의 성능 균형에 핵심입니다.
GR1/GR2는 단상 합금-으로 강도가 낮지만(GR2 인장 강도 345MPa) 가소성이 뛰어나 주로 화학 장비 및 판형 열교환기에 사용됩니다. GR5는 인장강도가 GR2의 2.7배인 950MPa에 달하지만 신장률은 GR2의 절반에 불과하다.
항공우주 애플리케이션
로켓 연료 탱크: SpaceX Falcon 9 연료 탱크는 2219 알루미늄 합금을 사용하지만 2단계-단계 엔진 쉘은 GR5를 사용합니다. 알루미늄 합금의 강도는 고온에서 너무 많이 떨어집니다. GR5는 400도에서 500MPa를 생성하며 이는 2219의 두 배입니다.
위성 지지대 및 패스너: GR5의 밀도는 4.43g/cm3로 강철의 56%입니다. 위성의 무게 1kg을 줄이면 발사 비용이 10,000달러 절약됩니다.{6}}강철 패스너를 교체하는 GR5는 무게 감소를 위한 경제적인 선택입니다. 엔진 극저온 부분의 17-4PH 볼트를 GR5로 교체하면 무게가 44% 감소합니다.
의료용 임플란트
GR5는 정형외과용 임플란트-고관절, 무릎관절, 뼈판, 치과용 임플란트의 표준 소재입니다. 세 가지 이유: 우수한 생체 적합성(티타늄 표면에 TiO2 필름이 자발적으로 형성되고, 무-독성이 있고-거부 현상이 없음). 110 GPa의 탄성률, 코발트-크롬 합금의 55%-가 뼈의 20-30 GPa에 더 가깝고 응력 차폐 효과가 감소합니다. 950 MPa의 강도로 하중 지지 요구 사항을 충족합니다.
그러나 GR5의 탄성 계수는 뼈-장기-이식으로 인해 뼈 흡수가 발생할 수 있는 것보다 여전히 높습니다. 현재 다공성 GR5(50-70% 다공성으로 3D 프린팅)는 탄성 계수를 해면골에 더 가까운 15-30GPa로 줄일 수 있습니다.
GR5의 가공 과제
티타늄합금의 높은 절삭온도 - 티타늄의 열전도율은 강철의 1/4에 불과해 절삭열을 절삭인선에 집중시켜 공구의 빠른 마모를 유발합니다. 초경 공구를 사용하여 GR5를 선삭하려면 40m/min의 선형 속도가 필요하며 이는 304 스테인리스강 가공에 필요한 속도의 1/3입니다. 염소- 함유 냉각제가 필요합니다. 일반 유제는 효과가 없습니다.