Tytan w proszku Ti64ELI jest ważnym materiałem inżynieryjnym stosowanym w różnych gałęziach przemysłu ze względu na swoje unikalne właściwości i cechy. Niniejszy artykuł zawiera kompleksowy przegląd techniczny proszku Titanium Ti64ELI obejmujący jego skład, właściwości, zastosowania, specyfikacje, ceny, zalety i ograniczenia.
Przegląd proszku tytanowego Ti64ELI
Tytan Ti64ELI w proszku, znany również jako Tytan 6Al-4V ELI w proszkujest stopem tytanu zawierającym aluminium i wanad jako pierwiastki stopowe. Charakteryzuje się doskonałym stosunkiem wytrzymałości do masy, odpornością na zmęczenie, odpornością na pękanie i korozję. Proszek Ti64ELI to wariant Ti64 o bardzo niskiej zawartości międzywęzłowej z niższymi poziomami tlenu, azotu, węgla i żelaza.
Ti64ELI jest stosowany w produkcji addytywnej, formowaniu wtryskowym metali, prasowaniu izostatycznym na gorąco i na zimno oraz w innych procesach metalurgii proszków. Może być drukowany 3D w postaci w pełni gęstych, złożonych części o drobnych mikrostrukturach i właściwościach mechanicznych porównywalnych do kutych produktów Ti64. Połączenie lekkości, wytrzymałości i odporności na korozję sprawia, że Ti64ELI nadaje się do zastosowań w przemyśle lotniczym, medycznym, dentystycznym, sportowym, motoryzacyjnym i morskim.
Niektóre kluczowe cechy proszku tytanowego Ti64ELI to:
- Doskonała biokompatybilność i osteointegracja
- Możliwość drukowania 3D skomplikowanych geometrii, które nie są możliwe w przypadku odlewania/obróbki skrawaniem
- Spójny skład i mikrostruktura części drukowanych w 3D
- Dobra wytrzymałość zmęczeniowa i odporność na pękanie
- Niższe elementy międzywęzłowe niż w przypadku Ti64 dla lepszej ciągliwości
- Kompatybilność z prasowaniem izostatycznym na gorąco (HIP) i obróbką cieplną
- Zgodność z normami ASTM dotyczącymi składu chemicznego i wielkości cząstek
Skład proszku tytanowego Ti64ELI
Typowy skład chemiczny proszku tytanowego Ti64ELI to:
| Element | Waga % |
|---|---|
| Tytan (Ti) | Równowaga |
| Aluminium (Al) | 5.5-6.75% |
| Wanad (V) | 3.5-4.5% |
| Tlen (O) | ≤ 0,13% |
| Azot (N) | ≤ 0,05% |
| Węgiel (C) | ≤ 0,08% |
| Żelazo (Fe) | ≤ 0,25% |
Kluczowymi pierwiastkami stopowymi są aluminium i wanad. Aluminium zwiększa wytrzymałość i zmniejsza gęstość. Wanad poprawia wytrzymałość i plastyczność. Niska zawartość międzywęzłowych pierwiastków tlenu, azotu i węgla w Ti64ELI zapewnia lepszą ciągliwość w porównaniu do Ti64.
Właściwości proszku tytanowego Ti64ELI
Tytan Ti64ELI w proszku ma następujące właściwości:
| Nieruchomość | Wartość |
|---|---|
| Gęstość | 4,43 g/cm3 |
| Temperatura topnienia | 1604-1660°C |
| Przewodność cieplna | 6,7 W/m-K |
| Rezystywność elektryczna | 170 μΩ-cm |
| Moduł Younga | 114 GPa |
| Wytrzymałość na rozciąganie | 895-930 MPa |
| Wytrzymałość na rozciąganie | 825-875 MPa |
| Wydłużenie | 10-15% |
| Współczynnik Poissona | 0.32-0.34 |
| Wytrzymałość zmęczeniowa | 400 MPa |
Najważniejsze informacje:
- Niska gęstość w porównaniu do stali
- Zachowuje wytrzymałość i twardość w temperaturach kriogenicznych
- Mocniejszy niż komercyjnie czysty tytan
- Niższa ciągliwość niż w przypadku kutego Ti64, ale wystarczająca do większości zastosowań
- Doskonała odporność na korozję dzięki stabilnej ochronnej warstwie tlenku
Zastosowania proszku tytanowego Ti64ELI
| Przemysł | Zastosowania | Dźwignia finansowa dla nieruchomości |
|---|---|---|
| Lotnictwo i kosmonautyka | * Elementy silnika (łopatki wentylatora, tarcze sprężarki) * Płatowce (elementy podwozia, żebra skrzydeł) * Turbiny (obudowy, łopatki) * Elementy złączne * Koła zębate * Układy hydrauliczne (rury, złączki) | * Wysoki stosunek wytrzymałości do masy: Zmniejsza wagę przy jednoczesnym zachowaniu integralności strukturalnej w celu poprawy wydajności paliwowej i ładowności. * Doskonała odporność na zmęczenie materiału: Wytrzymuje powtarzające się cykle naprężeń napotykane podczas lotu, zwiększając trwałość komponentów. * Doskonała odporność na korozję: Sprawdza się w trudnych warunkach o wysokiej wilgotności i narażeniu na działanie płynów odladzających. |
| Medycyna i stomatologia | * Implanty ortopedyczne (płytki kostne, śruby, protezy stawu biodrowego) * Protetyka (kolana, biodra, ramiona) * Narzędzia chirurgiczne (skalpele, kleszcze) * Implanty dentystyczne | * Biokompatybilność: Bezpieczny do implantacji w organizmie, minimalizujący ryzyko odrzucenia. * Wyjątkowa wytrzymałość i odporność: Zapewnia wsparcie i stabilność kości i stawów. * Odporność na korozję: Ogranicza rozwój bakterii i zapewnia długowieczność implantu w organizmie. * Formowalność: Umożliwia tworzenie złożonych, specyficznych dla pacjenta implantów poprzez produkcję addytywną. |
| Motoryzacja | * Zawory (dolotowe, wydechowe) * Pręty łączące * Elementy samochodów wyścigowych (części zawieszenia, klatki bezpieczeństwa) | * Wysoki stosunek wytrzymałości do masy: Zmniejsza wagę dla lepszej wydajności i obsługi. * Wyjątkowa wytrzymałość zmęczeniowa: Wytrzymuje wysokie naprężenia występujące podczas jazdy i wyścigów. * Dobra odporność na ciepło: Utrzymuje wydajność w gorącym środowisku silnika. * Odporność na korozję: Wytrzymuje kontakt z solą drogową i innymi czynnikami korozyjnymi. |
| Marine | * Śmigła * Pompy * Wały * Rury i złączki | * Wyjątkowa odporność na korozję: Dobrze sprawdza się w środowisku słonej wody, zapobiegając degradacji i zapewniając długą żywotność. * Wysoki stosunek wytrzymałości do masy: Zmniejsza wagę komponentów, zwiększając stabilność statku i oszczędność paliwa. * Dobra wytrzymałość zmęczeniowa: Wytrzymuje stałe naprężenia występujące podczas działania fal i prądów oceanicznych. * Odporność na kawitację: Zachowuje integralność strukturalną, gdy jest narażony na tworzenie się i zapadanie pęcherzyków w wodzie. |
| Przetwarzanie chemiczne | * Wymienniki ciepła * Zawory * Rury do przenoszenia żrących chemikaliów | * Wyjątkowa odporność na korozję: Odporny na atak szerokiej gamy chemikaliów, zapewniający bezpieczną i niezawodną pracę. * Wysoka wytrzymałość i odporność na obciążenia dynamiczne: Utrzymuje integralność strukturalną pod ciśnieniem i w podwyższonych temperaturach. * Biokompatybilność (w niektórych zastosowaniach): Odpowiedni do pracy z chemikaliami stosowanymi w produkcji farmaceutyków i urządzeń medycznych. |
| Artykuły sportowe | * Kije golfowe (kije, żelazka) * Ramy rowerowe * Rakiety tenisowe | * Wysoki stosunek wytrzymałości do wagi: Tworzy lekki sprzęt dla lepszej prędkości swingu i mocy. * Dobra wytrzymałość zmęczeniowa: Wytrzymuje powtarzające się uderzenia podczas użytkowania. * Regulowana sztywność: Umożliwia dostosowanie sprzętu do indywidualnych preferencji gracza. * Odporność na korozję (w niektórych zastosowaniach): Zapewnia trwałość sprzętu w różnych warunkach pogodowych. |
Specyfikacje proszku tytanowego Ti64ELI
Proszek tytanowy Ti64ELI jest dostępny w następujących specyfikacjach:
| Parametr | Szczegóły |
|---|---|
| Rozmiary cząstek | 15-45 mikronów |
| Metoda produkcji | Atomizacja gazu |
| Kształt cząsteczki | Kulisty |
| Rozkład wielkości | D10: 20 mikronów, D50: 35 mikronów, D90: 40 mikronów |
| Gęstość pozorna | ~2,2 g/cc |
| Gęstość kranu | ~3,2 g/cc |
| Płynność | Doskonały |
| Standardy | ASTM B348 klasa 23 |
Większe rozmiary cząstek 63-106 mikronów mogą być produkowane na zamówienie w oparciu o wymagania aplikacji. Drobniejsze cząstki są dostępne dla surowców do formowania wtryskowego metali.
Dostawcy i ceny proszku tytanowego Ti64ELI
Niektórzy z głównych dostawców i szczegóły dotyczące cen proszku tytanowego Ti64ELI obejmują:
| Dostawca | Ceny |
|---|---|
| AP&C | $88/kg dla zamówień >1000 kg |
| Arcam AB | $75/kg dla zamówień >500 kg |
| TLS Technik | €100/kg dla zamówień >100 kg |
| Technologia LPW | 70-90 GBP/kg dla zamówień >100 kg |
| Proszek CNPC | $80-100/kg dla >100 kg |
Ceny wahają się od $70-100 za kg w zależności od ilości zamówienia, rozkładu wielkości cząstek i lokalizacji. Małe ilości i próbki badawcze mogą kosztować ponad $500/kg.
Porównanie proszków tytanowych Ti64 i Ti64ELI
Oto porównanie stopów tytanu Ti64ELI i Ti64:
| Parametr | Ti64ELI | Ti64 |
|---|---|---|
| Międzywęzłowe O, C, N | Niższy | Wyższy |
| Plastyczność | Wyższy | Niższy |
| Wytrzymałość | Lepiej | Słaby |
| Spawalność | Doskonały | Umiarkowany |
| Odporność na korozję | Porównywalny | Porównywalny |
| Siła | Porównywalny | Porównywalny |
| Koszt | Wyższy | Niższy |
| Odpowiedniość AM | Doskonały | Umiarkowany |
Zalety Ti64ELI w porównaniu z Ti64
| Cecha | Ti64ELI | Ti64 |
|---|---|---|
| Ciągliwość i wytrzymałość | Superior | Niższy |
| Opis | Ti64ELI wykazuje większą zdolność do odkształcania się pod wpływem naprężeń bez pękania (plastyczność) i doskonałą odporność na propagację pęknięć (wytrzymałość). Dzięki temu idealnie nadaje się do zastosowań, w których występują uderzenia lub wysokie naprężenia, zmniejszając ryzyko katastrofalnej awarii. | Opis |
| Spawalność | Doskonały | Umiarkowany |
| Opis | Ze względu na niższe poziomy pierwiastków międzywęzłowych, takich jak tlen, azot i węgiel, spawy Ti64ELI charakteryzują się minimalnym pękaniem lub kruchością. Pozwala to na tworzenie złożonych struktur poprzez łączenie wielu części Ti64ELI przy jednoczesnym zachowaniu mocnych i niezawodnych połączeń. | Opis |
| Przydatność wytwarzania przyrostowego (AM) | Doskonały | Umiarkowany |
| Opis | Niższa zawartość międzywęzłowa Ti64ELI i doskonała plastyczność sprawiają, że jest to preferowany wybór do procesów drukowania 3D, takich jak fuzja w łożu proszkowym. Przekłada się to na niższe ryzyko pęknięć podczas procesu drukowania i gotowe części o lepszych właściwościach mechanicznych. | Opis |
| Odporność na kruchość wodorową | Większa odporność | Mniej odporny |
| Opis | Niższa zawartość międzywęzłowa Ti64ELI minimalizuje absorpcję wodoru, który jest główną przyczyną kruchości (utraty plastyczności) stopów tytanu. Ma to kluczowe znaczenie w przypadku części narażonych na działanie wodoru, takich jak te stosowane w przetwórstwie chemicznym lub w zastosowaniach głębinowych. | Opis |
| Reakcja na obróbkę cieplną | Może osiągnąć wyższe poziomy wytrzymałości | Niższa osiągalna wytrzymałość |
| Opis | Ze względu na niższą zawartość międzywęzłową, Ti64ELI może być poddawany obróbce cieplnej w celu osiągnięcia wyższych poziomów wytrzymałości w porównaniu do Ti64. Pozwala to na uzyskanie szerszego zakresu właściwości mechanicznych w zależności od konkretnych potrzeb aplikacji. | Opis |
| Koszt | Wyższy | Niższy |
| Opis | Ściślejsza kontrola elementów międzywęzłowych i dodatkowe etapy przetwarzania związane z produkcją Ti64ELI prowadzą do wyższego kosztu materiału w porównaniu z Ti64. | Opis |
Ograniczenia Ti64ELI vs Ti64
| Nieruchomość | Ti64 | Ti64ELI |
|---|---|---|
| Wytrzymałość na rozciąganie (MPa) | 896-1034 | 827-965 |
| Granica plastyczności (MPa) | 758-903 | 703-831 |
| Wydłużenie (%) | 10-15 | 15-20 |
| Wytrzymałość (odporność na pękanie) | Umiarkowany | Wysoki |
| Spawalność | Dobry | Doskonały |
| Formowalność | Dobry | Doskonały |
| Biokompatybilność | Dobry | Doskonały |
Plusy i minusy proszku tytanowego Ti64ELI
| Plusy | Wady |
|---|---|
| Doskonały stosunek wytrzymałości do wagi | Wysoki koszt |
| Doskonała odporność na korozję | Reaktywność w wysokich temperaturach |
| Odblokowywanie złożonych geometrii za pomocą druku 3D | Niższa ciągliwość w porównaniu do czystego tytanu |
| Biokompatybilny i promujący osteointegrację | Wyzwania w obróbce skrawaniem |
| Spójne właściwości materiału | Podatność na kruchość wodorową |
Najczęściej zadawane pytania
P: Jaka jest różnica między Ti64ELI a Ti64?
Ti64ELI ma niższą zawartość międzywęzłowego tlenu, azotu i węgla w porównaniu do Ti64. Zapewnia to Ti64ELI lepszą ciągliwość i odporność na pękanie.
P: Jakie są zastosowania proszku Ti64ELI?
Kluczowe zastosowania to komponenty lotnicze, implanty medyczne, części samochodowe i druk 3D. Jest szeroko stosowany w branżach, w których wymagana jest wysoka wytrzymałość, niska waga i odporność na korozję.
P: Jaki rozmiar cząstek jest używany w AM?
O: Cząstki o wielkości 15-45 mikronów są zalecane w procesach AM opartych na syntezie w złożu proszkowym, takich jak selektywne topienie laserowe (SLM) i topienie wiązką elektronów (EBM).
P: Jakie są zalety Ti64ELI w porównaniu ze stalą nierdzewną?
Ti64ELI ma wyższy stosunek wytrzymałości do masy, lepszą odporność na korozję i lepszą biokompatybilność w porównaniu ze stalą nierdzewną. Ti64ELI jest jednak również droższy.
P: Jaka obróbka końcowa jest wymagana w przypadku części Ti64ELI AM?
O: Części AM mogą wymagać prasowania izostatycznego na gorąco (HIP), obróbki cieplnej i obróbki skrawaniem w celu uzyskania wymaganych wymiarów, wykończenia powierzchni i właściwości materiału.
P: Czy części Ti64ELI mogą być spawane w celu naprawy lub łączenia?
Tak, Ti64ELI ma doskonałą spawalność. Do spawania części Ti64ELI można stosować spawanie laserowe, spawanie wiązką elektronów i spawanie łukowe. Aby zapobiec utlenianiu, konieczne jest odpowiednie ekranowanie.
Wnioski
Podsumowując, proszek tytanowy Ti64ELI oferuje doskonałe połączenie wysokiej wytrzymałości, niskiej wagi, odporności na korozję, biokompatybilności, przetwarzalności i podatności na obróbkę cieplną. Jego zastosowania obejmują sektor lotniczy, medyczny, motoryzacyjny, chemiczny i konsumencki. Dzięki produkcji addytywnej, złożone części Ti64ELI mogą być drukowane 3D bezpośrednio z danych CAD w celu produkcji na żądanie lekkich elementów konstrukcyjnych. Ti64ELI jest jednak droższy niż Ti64 i trudniejszy w obróbce. Ogólnie rzecz biorąc, Ti64ELI oferuje możliwości wykraczające poza ograniczenia konwencjonalnych stopów tytanu.
