GR5 (Ti-6Al-4V) टाइटेनियम मिश्र धातुओं का "301 स्टेनलेस स्टील" है - इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है और इसकी व्यापक अनुप्रयोग सीमा होती है। रॉकेट पिंडों से लेकर मानव अस्थि प्रत्यारोपण तक, GR5 सर्वव्यापी है। इसके और शुद्ध टाइटेनियम के बीच बुनियादी अंतर क्या हैं?
GR5 संरचना डिज़ाइन
GR5 संरचना: टाइटेनियम-आधारित एल्युमीनियम 5.5-6.5%, वैनेडियम 3.5-4.5%। एल्युमीनियम एक स्थिर तत्व है जो शक्ति और तापमान प्रतिरोध में सुधार करता है। वैनेडियम एक स्थिर तत्व है जो मिश्र धातु को कमरे के तापमान पर + दोहरी चरण संरचना बनाए रखने की अनुमति देता है। चरण उच्च तापमान स्थिरता सुनिश्चित करता है, जबकि चरण कमरे के तापमान की मजबूती सुनिश्चित करता है। यह दोहरे चरण की संरचना GR5 के प्रदर्शन संतुलन की कुंजी है।
GR1/GR2 एकल चरण मिश्र धातु हैं {{3} कम ताकत (GR2 तन्यता ताकत 345MPa) लेकिन अच्छी प्लास्टिसिटी, मुख्य रूप से रासायनिक उपकरण और प्लेट हीट एक्सचेंजर्स में उपयोग की जाती है। GR5 की तन्य शक्ति 950MPa है, जो GR2 से 2.7 गुना अधिक है, लेकिन इसका बढ़ाव GR2 से केवल आधा है।
एयरोस्पेस अनुप्रयोग
रॉकेट ईंधन टैंक: स्पेसएक्स फाल्कन 9 ईंधन टैंक 2219 एल्यूमीनियम मिश्र धातु का उपयोग करते हैं, लेकिन दूसरे चरण के इंजन शेल में GR5 का उपयोग होता है - उच्च तापमान पर एल्यूमीनियम मिश्र धातु की ताकत बहुत कम हो जाती है। GR5 की पैदावार 400 डिग्री पर 500MPa तक होती है, जो 2219 से दोगुनी है।
सैटेलाइट सपोर्ट और फास्टनर: GR5 का घनत्व 4.43 ग्राम/सेमी³ है, जो स्टील का 56% है। उपग्रह में प्रत्येक किलोग्राम वजन कम करने से प्रक्षेपण लागत में $10,000 की बचत होती है। इंजन के क्रायोजेनिक सेक्शन में 17-4PH बोल्ट को GR5 से बदलने से वजन में 44% की कमी आती है।
चिकित्सा प्रत्यारोपण
GR5 आर्थोपेडिक प्रत्यारोपणों के लिए एक मानक सामग्री है-कूल्हे के जोड़ों, घुटनों के जोड़ों, हड्डी की प्लेटों और दंत प्रत्यारोपणों के लिए। तीन कारण: अच्छी जैव अनुकूलता (टाइटेनियम की सतह पर TiO2 फिल्म अनायास ही बन जाती है, गैर-विषाक्त और गैर-अस्वीकार करने वाली); 110 GPa का एक लोचदार मापांक, 55% कोबाल्ट {{8}क्रोमियम मिश्र धातु {{9} हड्डी के 20 - 30 GPa के करीब, तनाव परिरक्षण प्रभाव को कम करता है; और 950 एमपीए की ताकत, लोड-बेयरिंग आवश्यकताओं को पूरा करती है।
हालाँकि, GR5 का इलास्टिक मापांक अभी भी हड्डी की तुलना में अधिक है। लंबे समय तक प्रत्यारोपण से हड्डी का अवशोषण हो सकता है। वर्तमान में, झरझरा जीआर5 (50-70% सरंध्रता के साथ 3डी मुद्रित) रद्द हड्डी के करीब लोचदार मापांक को 15-30 जीपीए तक कम कर सकता है।
GR5 की मशीनिंग चुनौतियाँ
टाइटेनियम मिश्र धातु का उच्च काटने का तापमान - टाइटेनियम की तापीय चालकता स्टील की केवल 1/4 है, जो काटने के किनारे पर गर्मी को केंद्रित करती है और तेजी से उपकरण खराब करती है। कार्बाइड उपकरणों के साथ जीआर5 को मोड़ने के लिए 40 मीटर/मिनट की रैखिक गति की आवश्यकता होती है, जो 304 स्टेनलेस स्टील की मशीनिंग के लिए आवश्यक गति का 1/3 है। क्लोरीन युक्त शीतलक की आवश्यकता होती है - साधारण इमल्शन अप्रभावी होते हैं।