Grade 5 titanyum, Ti-6Al-4V, UNS R56400'dür: 5.50 ila 6.75 % alüminyum ve 3.50 ila 4.50 % vanadyum, kalanı titanyum olan alfa-beta alaşımıdır. Minimum çekme dayanımı, ticari saf Grade 2 için 345 MPa değerine karşı 895 MPa'dır ve yoğunluğu 4.43 g/cm3'tür. Ticari saf titanyum yeterince güçlü olmadığında belirtilen kalitedir.
Grade 5 titanyum kimyasal bileşimi
Aşağıdaki sınırlar ASTM B348 (çubuk ve kütük) ve ASTM B265 (plaka, sac ve şerit) gereklilikleridir. Alüminyum alfa fazını, vanadyum ise beta fazını stabilize eder; alaşımı ısıl işlem uygulanabilir yapan budur. Her biri dayanımı artırıp sünekliği azalttığı için interstisyeller sınırlandırılır.
| Element | Min, wt % | Maks, wt % | Sınırın işlevi veya nedeni |
|---|---|---|---|
| Alüminyum (Al) | 5.50 | 6.75 | Alfa stabilizatörü |
| Vanadyum (V) | 3.50 | 4.50 | Beta stabilizatörü, ısıl işlem uygulanabilirlik sağlar |
| Demir (Fe) | – | 0.40 | Beta stabilizatörü, kontrollü artık |
| Oksijen (O) | – | 0.20 | Süneklik ve tokluk için sınırlandırılmış |
| Karbon (C) | – | 0.08 | Arayer elementi |
| Azot (N) | – | 0.05 | En güçlü interstisyel sertleştirici |
| Hidrojen (H) | – | 0.015 | 150 ppm; hidrit gevrekleşmesini kontrol eder |
| Artıklar, her biri | – | 0.10 | Sünger ve geri dönüşten |
| Artıklar, toplam | – | 0.40 | Yukarıdakilerin toplamı |
| Titanyum (Ti) | Kalan | ||
AMS 4928'in ASTM'den daha sıkı olduğu yer
Bu durum havacılık kökenli teknik resimlerde insanları yanıltır. AMS 4928 (çubuk, kütük ve dövme parçalar) hidrojeni 0,0125 % ve demiri 0,30 % ile sınırlar; ASTM sınırları ise 0,015 % ve 0,40 %'dır. Bu nedenle ASTM B348'i geçen malzeme yalnızca kimyasal bileşim açısından AMS 4928 kontrolünde başarısız olabilir; dolayısıyla AMS 4928 titanyum çubuk AMS sınırlarına göre ergitilmelidir, sonradan düzeltilmemelidir. Bazı siparişler ayrıca evrensel bir ASTM B348 gerekliliği olmayan ve sertifikaya ulaşması için siparişte yer alması gereken 0,005 % maksimum itriyum sınırını çağırır.
Grade 5 titanyum mekanik özellikleri
Çekme ve akma minimumları tavlanmış durumda ASTM B348 Grade 5, B265 Grade 5 ve B381 Grade F-5 arasında aynıdır. Bunlar tasarım değerleri değil, kabul eşikleridir. Kopma uzaması ve kesit daralması gereklilikleri aynı değildir: B348 ve B381 kopma uzamasını 4D'de ölçer ve yüzde 25 minimum kesit daralması eklerken B265 kopma uzamasını 2 in. (50 mm) içinde ölçer ve hiç kesit daralması gerekliliği belirlemez. B265 plaka sipariş edip ardından kesit daralması değerine göre test etmek, uygun malzemeyi reddetmenin yaygın bir yoludur.
| Özellik, tavlanmış | ASTM minimumu (metrik) | ASTM minimumu (emperyal) | Tipik üretici çubuğu |
|---|---|---|---|
| Nihai çekme dayanımı | 895 MPa | 130 ksi | 950 ila 1070 MPa (138 ila 155 ksi) |
| Akma dayanımı, 0,2 % offset | 828 MPa | 120 ksi | 880 ila 1015 MPa (128 ila 147 ksi) |
| Kopma uzaması (B348 ve B381 altında 4D; B265 altında 2 in.) | 10 % | 10 % | 15 ila 20 % |
| Kesit daralması (yalnızca B348 ve B381; B265 tarafından gerekli değildir) | 25 % | 25 % | 38 ila 51 % |
| Sertlik | belirtilmemiş | 30 ila 36 HRC (yaklaşık 330 HV) | |
| Charpy V-çentik darbe | belirtilmemiş | 17 ila 24 J | |
| Kırılma tokluğu, KIc | belirtilmemiş | yaklaşık 75 ila 107 MPa-m^0.5, duruma bağlı | |
Sac ve plaka minimumları kalınlıkla değişir
İnce kesit, aynı dökümden gelen ağır plakadan daha dayanımlı ve daha az sünektir; bu nedenle tek bir sac değeri yanıltır. Tavlanmış sac ve plaka için yayımlanmış AMS 4911 minimumları aşağıdaki gibidir; kullanmadan önce güncel AMS revizyonunu kontrol edin.
| Kalınlık | Çekme dayanımı, minimum | Akma dayanımı, min | 2 in içinde kopma uzaması, min |
|---|---|---|---|
| Over 0.025 ila 0.063 in | 134 ksi (924 MPa) | 126 ksi (869 MPa) | 8 % |
| Over 0.063 ila 0.1874 in | 134 ksi (924 MPa) | 126 ksi (869 MPa) | 10 % |
| Over 0.1874 ila 4.000 in | 130 ksi (895 MPa) | 120 ksi (828 MPa) | 10 % |
Gereklilikler test yönelimi, çubuk çapı ve tasarım yetkilisi koşullarıyla da değişir. Forma göre ayrıntı şurada yer alır: ASTM B348 çubuk ve kütük rehberi ve ASTM B265 sac ve plaka rehberi.
Çözeltiye alınmış ve yaşlandırılmış
Üretici fabrika veri föylerinden alınan tipik STA çubuk değerleri 1034 ila 1186 MPa (150 ila 172 ksi) çekme dayanımı, 945 ila 1076 MPa (137 ila 156 ksi) akma dayanımı, yüzde 15 ila 17 kopma uzaması ve yüzde 41 ila 46 kesit daralmasıdır; sertlik kabaca 35 ila 39 HRC'ye çıkar. Her kalite için sertlik ve bunun neden bir B348 şartı olmadığı şuradadır: kaliteye göre titanyum sertliği. Bunlar üretici fabrika değerleridir, şartname asgari değerleri değildir ve yalnızca yeterince hızlı soğuyan kesitlerde geçerlidir.
Grade 5 titanyum fiziksel özellikleri
Fiziksel özellikler alaşım sabitleridir ve satın alınan standarda göre değişmez. Kaynaklar farklılaştığında her iki değer de gösterilir.
| Özellik | Değer (metrik) | Değer (emperyal) | Not |
|---|---|---|---|
| Yoğunluk | 4,43 g/cm3 | 0.160 lb/in3 | Üretici fabrika veri sayfalarında 4.42 ila 4.47 belirtilir |
| Erime aralığı | 1604 ila 1660 C | 2920 ila 3020 F | Solidus ila likidus; bazı üretici fabrikalar 1538 C belirtir |
| Beta transus | yaklaşık 995 C | yaklaşık 1825 F | Tolerans +/- 14 C. ASM veri sayfalarında 980 C listelenir; beta işlemeden önce döküm numarası bazında doğrulayın |
| Elastisite modülü, çekme | 113,8 GPa | 16500 ksi | Aralık 105 ila 120 GPa |
| Kayma modülü | 44 GPa | 6380 ksi | Aralık 40 ila 45 GPa |
| Poisson oranı | 0.342 | 0.342 | Yayımlanmış aralık 0.31 ila 0.37 |
| Isıl iletkenlik, 20 C | 6.7 ila 7.1 W/m-K | 46.5 ila 49.2 Btu-in/h-ft2-F | Düşük; kesme ısısını takıma yönlendirir |
| Özgül ısı kapasitesi | 526 ila 570 J/kg-K | 0.126 Btu/lb-F | Bazı kaynaklar 570 J/kg-K değerine kadar verir |
| Isıl genleşme katsayısı, 20 ila 100 C | 8.6 µm/m-K | 4.78 µin/in-F | 20 ila 315 C aralığında yaklaşık 9.2 µm/m-K |
| Elektriksel özdirenç | yaklaşık 1.7 µΩ-m | 170 µΩ-cm | Bakırın yaklaşık 100 katı |
| Sertlik, tavlanmış | 30 ila 36 HRC | Yaklaşık 330 HV, 334 HB | |
| Sertlik, çözeltiye alınmış ve yaşlandırılmış | 35 ila 39 HRC | Üretici fabrika değeri | |
| Manyetik geçirgenlik | 1.6 kA/m'de 1.00005 | Mıknatısa tepki vermez | |
Standartlar ve ürün biçimleri
Grade 5, her ürün formu için farklı bir ASTM numarasına göre satın alınır. Yanlış olanı belirtmek bu alaşımda en yaygın sipariş hatasıdır: bir üretici fabrika, formu kapsamayan bir standarda göre sertifika düzenleyemez.
| Ürün formu | ASTM spesifikasyonu | ASME eşdeğeri | AMS spesifikasyonu |
|---|---|---|---|
| Çubuk ve kütük | B348 Grade 5 | SB-348 | AMS 4928 (tavlanmış), 4965 (çözeltiye alınmış ve yaşlandırılmış), 4967 (tavlanmış, ısıl işlem uygulanabilir) |
| Plaka, sac ve şerit | B265 Grade 5 | SB-265 | AMS 4911 (tavlanmış) |
| Dövme parçalar | B381 Grade F-5 | – | AMS 4928 (dövme parçalar ve dövme stok) |
| Tel | B863 Grade 5 | – | AMS 4928 (tel) |
| Dikişsiz boru | B861 Grade 5 | SB-861 | – |
| Kaynaklı boru | B862 Grade 5 | – | – |
ASTM B381, dövme stok malzemesinin ASTM B348'e uygun olmasını gerektirir; bu nedenle bir dövme parça siparişi arka planda çubuk standardını taşır. ASTM B338 ise Grade 5'i kapsamaz: B338, kondenser ve ısı değiştirici boru spesifikasyonudur ve kalite listesi Grade 5'i değil, ticari saflıktaki ve korozyona dayanıklı alaşım kalitelerini kapsar. “ASTM B338 Grade 5 tube” talepleri yazıldığı şekliyle sertifikalandırılamaz. Tasarım kondenser borusu yerine boruyu kabul ettiğinde, dikişsiz boru için ASTM B861 ve kaynaklı boru için ASTM B862 yolları kullanılır; tasarım gerçekten B338 ısı değiştirici boru gerektirdiğinde ise kalite değiştirilmelidir, çünkü bu spesifikasyon kapsamında Grade 5 yolu yoktur.
Avrupa teknik resimlerinde Grade 5, 3.7165 (TiAl6V4) malzeme numarası olarak görünür; havacılık WL veri sayfalarında ise aynı alaşım için 3.7164 yer alır. Her ikisi de UNS R56400 ile eşleşir.
Grade 5 ve Grade 23 ve Grade 2 karşılaştırması
Üç kalite, endüstriyel titanyum alımının çoğunu kapsar; dayanımı süneklik ve şekillendirilebilirlik karşılığında dengeler.
| Grade 2 (CP titanyum) | Grade 5 (Ti-6Al-4V) | Grade 23 (Ti-6Al-4V ELI) | |
|---|---|---|---|
| ASTM B348 / B265 için UNS numarası | R50400 | R56400 | R56407 |
| Çekme dayanımı, minimum | 345 MPa (50 ksi) | 895 MPa (130 ksi) | 828 MPa (120 ksi) |
| Akma dayanımı, min | 275 MPa (40 ksi) | 828 MPa (120 ksi) | 759 MPa (110 ksi) |
| Kopma uzaması, min | 20 % | 10 % | 10 % |
| Oksijen, maks. | 0.25 % | 0.20 % | 0.13 % |
| Demir, maks. | 0.30 % | 0.40 % | 0.25 % |
| Seçim nedeni | Şekillendirme, kaynak, korozyon hizmeti | Dayanım ve ısıl işlem uygulanabilirliği | Kırılma tokluğu, kriyojenik ve implant uygulamaları |
Grade 23, arayer elementleri düşürülmüş aynı nominal alaşımdır; yaklaşık 67 MPa asgari çekme dayanımı karşılığında kırılma tokluğu ve düşük sıcaklık sünekliği sağlar. Bir tanımlama tuzağı vardır: Grade 23, ASTM B348, B265, B381 veya B863'e göre sipariş edildiğinde UNS R56407'dir. UNS R56401, cerrahi implant spesifikasyonu olan ASTM F136'ya aittir ve ikisi sertifikada birbirinin yerine kullanılamaz. Ayrıntılar şurada yer alır Grade 5 ve Grade 23 titanyum karşılaştırması, ticari saflıktaki malzemeye karşı dayanım-şekillendirilebilirlik değerlendirmesi ise şurada ele alınır Grade 2 ve Grade 5 titanyum karşılaştırması.
Isıl işlem: tavlanmış ve çözeltiye alınmış ve yaşlandırılmış
Grade 5'in çoğu, yaklaşık 690 ila 790 C (1275 ila 1450 F) sıcaklıkta yarım saat ila iki saat tavlanmış, ardından hava veya fırında soğutulmuş olarak sevk edilir. Çekme özelliklerini değiştirmeden artık gerilmeyi gidermek için talaşlı imalat veya kaynak sonrasında kullanılan gerilim giderme işlemi daha düşük, 540 ila 650 C (1000 ila 1200 F) sıcaklıkta yapılır.
Daha yüksek dayanım için 913 ila 954 C (1675 ila 1750 F) sıcaklıkta çözeltiye alınır, suda su verilir, ardından 524 ila 552 C (975 ila 1025 F) sıcaklıkta üç ila sekiz saat yaşlandırılır ve havada soğutulur. Kırılma tokluğunun çekme dayanımından daha önemli olduğu yerlerde ise bunun yerine 1065 C (1950 F) civarında beta tavlama ve 620 ila 705 C (1150 ila 1300 F) sıcaklıkta yaşlandırma kullanılır.
Sınır, sertleşebilirliktir. Grade 5, kalın kesitte tamamen sertleşmez: yaklaşık 25 mm (1 in) değerini büyük ölçüde aşan kesitler tam STA özelliklerini geliştirmez ve fırın ile su verme tankı arasındaki her gecikme dayanım kaybına yol açar. Kalın bir çubuğun ince kesit özellik tablosuna göre yaşlandırılabileceğini varsaymak yerine, siparişte durumu belirtin. Üretici fabrikalardan gelen iki proses uyarısı da geçerlidir: asitle dağlama sırasında veya hatalı ısıl işlemde alınan hidrojen, kırılgan hidrürler oluşturur ve 0,015 % sınırının nedeni budur; sıcak çalışma sırasında alınan oksijen, azot ve karbon ise uzaklaştırılması gereken sert, kırılgan bir yüzey tabakası bırakır.
Uygulamalar
Üretici fabrika veri sayfaları, Ti-6Al-4V'yi tüketilen tüm titanyumun yarısından fazlasında gösterir. Üretici fabrika veri sayfalarında tekrarlanan kullanımlar şunlardır:
- Uçak motoru kompresör kanatları, diskler ve halkalar ile gövde yapısal parçaları
- Birim ağırlık başına dayanımın tasarımı belirlediği bağlantı elemanları ve kritik dövme parçalar
- Deniz suyu hizmetindeki açık deniz ve denizcilik donanımları
- İndirgen asit hizmeti dışındaki basınçlı kaplar ve kimyasal proses ekipmanları
- İmplantların Grade 5 yerine ELI kaliteye ve implant standartlarına göre kullanıldığı tıbbi ve diş hekimliği cihazları
- Motor sporları bileşenleri, spor malzemeleri ve el aletleri
Korozyon, Grade 5'in yanlış uygulandığı alandır. Yüzey hava veya suyla karşılaştığı anda kararlı bir titanyum dioksit filmi oluşur ve oda sıcaklığındaki deniz suyunda sıfır korozyon hızı sağlar. Bu film hidroflorik asitte bozulur; alaşım, çalışma konsantrasyonlarında hidroklorik, sülfürik ve fosforik asitlerden etkilenir. Grade 5, klorür gerilimli korozyon çatlamasına duyarlıdır ve kırmızı dumanlı nitrik asitle kullanılmamalıdır. Sürekli hizmet yaklaşık 350 ila 400 C (660 ila 750 F) ile sınırlandırılır. Düşük ısıl iletkenlik, kesme ısısını talaş yerine takıma da yönlendirdiğinden talaşlı imalat yavaş hızlar, yüksek ilerlemeler, rijit kurulumlar ve bol soğutma sıvısı gerektirir.
Siparişte Grade 5 titanyum nasıl belirtilir
Eksiksiz bir Grade 5 sipariş kalemi, bir açıklama turunu ortadan kaldırır ve sertifikanın ilk seferde doğru düzenlenmesini sağlar. Şunları ekleyin:
- Kalite ve tanımlama: Grade 5, Ti-6Al-4V, UNS R56400. Teknik resim Avrupai ise 3.7165 ekleyin.
- Standart ve revizyon: forma göre ASTM B348, B265, B381, B863, B861 veya B862 ya da AMS numarası.
- Ürün formu: yuvarlak çubuk, kare çubuk, kütük, plaka, sac, şerit, dövme parça, tel, boru.
- Boyutlar ve tolerans: çap veya kalınlık, genişlik, uzunluk ve tolerans sınıfı ya da artı/eksi değerleri.
- Durum: tavlanmış, gerilim giderilmiş veya çözeltiye alınmış ve yaşlandırılmış. STA ise sertleşebilirliğin kontrol edilebilmesi için kesit boyutunu belirtin.
- Yüzey: dövme çıkışı veya siyah, dağlanmış, soyulmuş, tornalanmış, puntasız taşlanmış veya parlatılmış; işlevsel ise pürüzlülük değeriyle.
- Test ve sertifika: EN 10204 3.1 malzeme sertifikası, döküm numarası ile izlenebilirlik, çekme testi yönü ve numune alma konumu, gerektiğinde ultrasonik sınıfı.
- İşaretleme ve ambalaj: döküm numarası işaretleme yöntemi ve ihracat ambalajı gerekliliği.
Beiyu Titanium, Grade 5'i ASTM ve AMS spesifikasyonlarına göre çubuk, kütük, plaka, sac, dövme parça ve tel formunda, EN 10204 3.1 malzeme sertifikaları ve döküm numarası ile izlenebilirlik ile tedarik eder. Bir teknik resim veya spesifikasyon satırı gönderin; hangi standart, durum, tolerans ve yüzeyin karşılanabileceğini yazılı olarak teyit edeceğiz. Çubuk boyutları ve sipariş ayrıntıları şurada yer alır Ti-6Al-4V Grade 5 titanyum çubuk sayfada.
Grade 5 titanyum Ti-6Al-4V ile aynı mıdır?
Evet. Grade 5 ASTM kalite tanımı, Ti-6Al-4V alaşım kısaltmasıdır ve her ikisi de UNS R56400'ü tanımlar. Aynı malzeme Fransız teknik resimlerinde Ti64, TA6V, Çin uygulamasında TC4 ve Alman malzeme numaralarında 3.7165 olarak yazılır. Önemli olan adı değil, sertifikalandırıldığı standart ve sevk edildiği durumdur.
Grade 5 titanyum manyetik midir?
Hayır. Grade 5 ferromanyetik faz içermez ve 1.6 kA/m'de manyetik geçirgenliği 1.00005'tir; bu değer esasen boş uzayın değeridir, dolayısıyla mıknatısa yapışmaz. Bu özelliği, hassas enstrümantasyon yakınında ve çeliğin hariç tutulduğu manyetik rezonans ortamlarında kullanılmasını sağlar.
Grade 5 titanyum paslanır mı?
Hayır. Pas demir oksittir ve ana metal olarak demir gerektirir. Grade 5, hava veya suda çizildiğinde anında yeniden oluşan ince bir titanyum dioksit filmi oluşturur ve oda sıcaklığındaki deniz suyunda korozyon hızı sıfırdır. Sınırlar atmosferik değil kimyasaldır: hidroflorik asit filmi kaldırır, indirgen asitler metale saldırır ve klorürler yük altındaki bir parçada gerilimli korozyon çatlamasına yol açabilir.
Grade 5 titanyum çeliğe kıyasla ne kadar dayanımlıdır?
Grade 5, 4,43 g/cm3'te 895 MPa asgari çekme dayanımına sahiptir. Yapısal ve orta karbonlu çelikler yaklaşık 7,85 g/cm3'te daha düşük dayanımda bulunur, dolayısıyla Grade 5 çeliğin yoğunluğunun yaklaşık yüzde 56'sına sahiptir. Birim ağırlık başına dayanımda üstün olup olmadığı, tamamen hangi çelik kaliteyle karşılaştırıldığına bağlıdır. 1500 MPa değerine ulaşan sertleştirilmiş alaşımlı çeliklere karşı mutlak dayanımda geride kalır; yalnızca kütle, korozyon direnci veya manyetik olmayan davranışın tasarımı belirlediği durumlarda üstün gelir. Yaşlandırma bu farkı kapatmadan daraltır.
Kaynaklarıyla şartname ayrıntıları
Grade 5 (Ti-6Al-4V, UNS R56400), 5.50 ila 6.75% alüminyum ve 3.50 ila 4.50% vanadyum ile, şu standarda göre belirtilir ASTM B265, Tablo 1. Tavlanmış malzeme ASTM B265, Tablo 2'ye göre en az 895 MPa (130 ksi) çekme dayanımına ve 828 MPa asgari akma dayanımına ulaşmalıdır.
Yoğunluk 4.43 g/cm³ (ASM Handbook, Vol. 2) olup alaşımsız titanyumun 4.51 g/cm³ değerinin biraz altındadır; bu nedenle alaşım, marjinal olarak daha düşük ağırlıkta Grade 2'nin (345 MPa, ASTM B265, Tablo 2) asgari çekme dayanımının yaklaşık 2.6 katını taşır. Çubuk ve kütük şu standarda göre tedarik edilir ASTM B348, havacılık çubuğu ise tavlanmış durumda AMS 4928'e göre tedarik edilir.