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
- Niższa zawartość elementów międzywęzłowych 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 ciągliwość 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
Tytan w proszku Ti64ELI jest wykorzystywany do produkcji części do następujących zastosowań:
Aerospace: Komponenty silników, płatowce, turbiny, elementy złączne, przekładnie, układy hydrauliczne
Medycyna i stomatologia: Implanty ortopedyczne, protetyka, narzędzia chirurgiczne, implanty dentystyczne
Motoryzacja: Zawory, korbowody, elementy samochodów wyścigowych
Marine: Śmigła, pompy, wały, rury, armatura
Substancja chemiczna: Wymienniki ciepła, zawory, rury do obsługi żrących chemikaliów
Artykuły sportowe: Kije golfowe, ramy rowerowe, rakiety tenisowe, kije do lacrosse'a
Produkcja addytywna: Części drukowane 3D dla sektora lotniczego, motoryzacyjnego i medycznego
Ti64ELI jest preferowany w stosunku do Ti64 w AM ze względu na mniejszą ilość elementów międzywęzłowych, które powodują kruchość w drukowanych 3D częściach Ti64. Charakteryzuje się również wysoką biokompatybilnością w przypadku implantów medycznych.
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 |
| Przydatność AM | Doskonały | Umiarkowany |
Zalety Ti64ELI w porównaniu z Ti64:
- Lepsza ciągliwość i odporność na pękanie
- Niższa tendencja do pękania podczas produkcji addytywnej
- Możliwość obróbki cieplnej do wyższych poziomów wytrzymałości
- Większa odporność na absorpcję wodoru i kruchość
Ograniczenia Ti64ELI vs Ti64:
- Wyższy koszt ze względu na czystość i przetwarzanie surowca
- Nie zaleca się stosowania w wysokich temperaturach powyżej 300°C
- Mniej dostępnych danych dotyczących rozwoju stopu w porównaniu do Ti64
Plusy i minusy proszku tytanowego Ti64ELI
Zalety:
- Doskonały stosunek wytrzymałości do wagi
- Obojętność biologiczna pozwala na zastosowanie w implantach medycznych
- Odporność na sterylizację i autoklawowanie
- Odporność na korozję w trudnych warunkach
- Kompatybilność z procesami tradycyjnymi i addytywnymi
- Możliwość obróbki cieplnej w celu dostosowania właściwości
- Może być powlekany dla estetyki i łączenia
Wady:
- Droższe niż stale nierdzewne i stopy aluminium
- Niższa sztywność niż w przypadku stali, podatność na sprężynowanie
- Niska wytrzymałość na ścinanie w porównaniu do stali
- Pył tytanowy stwarza zagrożenie pożarowe
- Trudne w obróbce ze względu na niską przewodność cieplną
- Podatność na zatarcie i zatarcie podczas obróbki skrawaniem
- Obróbka powierzchni obowiązkowa dla klejenia
- Wymaga osłony z gazu obojętnego podczas AM i spawania
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.
