GR5 (Ti-6Al-4V) adalah "baja tahan karat 301" dari paduan titanium-ini banyak digunakan dan memiliki rentang aplikasi yang luas. Dari badan roket hingga implan tulang manusia, GR5 ada di mana-mana. Apa perbedaan mendasar antara titanium dan titanium murni?
Desain Komposisi GR5
Komposisi GR5: Titanium-aluminium berbahan dasar 5,5-6,5%, Vanadium 3,5-4,5%. Aluminium adalah -elemen penstabil-yang meningkatkan kekuatan dan ketahanan suhu. Vanadium adalah -elemen penstabil-yang memungkinkan paduan mempertahankan struktur fase + ganda pada suhu kamar. Fase ini memastikan stabilitas suhu tinggi, sedangkan fase memastikan kekuatan suhu ruangan. Struktur dua fase ini adalah kunci keseimbangan kinerja GR5.
GR1/GR2 adalah paduan-fase tunggal-kekuatan rendah (kekuatan tarik GR2 345MPa) tetapi plastisitasnya baik, terutama digunakan dalam peralatan kimia dan penukar panas pelat. GR5 memiliki kekuatan tarik 950MPa, 2,7 kali lipat dari GR2, namun perpanjangannya hanya setengah dari GR2.
Aplikasi Luar Angkasa
Tangki Bahan Bakar Roket: Tangki bahan bakar SpaceX Falcon 9 menggunakan paduan aluminium 2219, namun cangkang mesin-tahap kedua menggunakan GR5-kekuatan paduan aluminium turun drastis pada suhu tinggi. GR5 menghasilkan 500MPa pada 400 derajat, dua kali lipat dari 2219.
Penopang dan pengencang satelit: GR5 memiliki kepadatan 4,43 g/cm³, yaitu 56% dari baja. Setiap kilogram pengurangan berat pada satelit menghemat biaya peluncuran sebesar $10.000-penggantian pengencang baja GR5 adalah pilihan ekonomis untuk pengurangan berat. Mengganti baut 17-4PH dengan GR5 di bagian kriogenik mesin menghasilkan pengurangan bobot sebesar 44%.
Implan Medis
GR5 adalah bahan standar untuk implan ortopedi-sendi pinggul, sendi lutut, pelat tulang, dan implan gigi. Tiga alasan: biokompatibilitas yang baik (lapisan TiO2 terbentuk secara spontan pada permukaan titanium, tidak-beracun dan tidak-menolak); modulus elastisitas 110 GPa, 55% paduan kobalt-kromium-mendekati 20-30 GPa tulang, mengurangi efek pelindung stres; dan kekuatan 950 MPa, memenuhi persyaratan menahan beban.
Namun, modulus elastisitas GR5 masih lebih tinggi dibandingkan implantasi tulang-jangka panjang-dapat menyebabkan resorpsi tulang. Saat ini, GR5 berpori (cetakan 3D dengan porositas 50-70%) dapat mengurangi modulus elastisitas hingga 15-30 GPa, mendekati tulang cancellous.
Tantangan Pemesinan GR5
Suhu Pemotongan Tinggi Paduan Titanium – Konduktivitas termal Titanium hanya 1/4 dari baja, memusatkan panas pemotongan pada ujung tombak dan menyebabkan keausan pahat yang cepat. Memutar GR5 dengan perkakas karbida memerlukan kecepatan linier 40 m/menit, yaitu 1/3 kecepatan yang diperlukan untuk pemesinan baja tahan karat 304. Klorin-yang mengandung cairan pendingin diperlukan – emulsi biasa tidak efektif.