Титановый порошок Ti64ELI - важный инженерный материал, используемый в различных отраслях промышленности благодаря своим уникальным свойствам и характеристикам. В данной статье представлен полный технический обзор порошка титана Ti64ELI, включающий его состав, свойства, области применения, технические характеристики, цену, преимущества и ограничения.
Обзор титанового порошка Ti64ELI
Титановый порошок Ti64ELI, также известный как Порошок титана 6Al-4V ELIЭто титановый сплав, содержащий в качестве легирующих элементов алюминий и ванадий. Он обладает превосходным соотношением прочности и массы, усталостной прочностью, вязкостью разрушения и коррозионной стойкостью. Порошок Ti64ELI - сверхнизкоинтерстициальный вариант Ti64 с пониженным содержанием кислорода, азота, углерода и железа.
Ti64ELI используется для аддитивного производства, литья металлов под давлением, горячего и холодного изостатического прессования и других процессов порошковой металлургии. С помощью 3D-печати из него можно изготавливать полностью плотные детали сложной формы с тонкой микроструктурой и механическими свойствами, сравнимыми с деформируемыми изделиями из Ti64. Сочетание малого веса, прочности и коррозионной стойкости Ti64ELI позволяет использовать его в аэрокосмической, медицинской, стоматологической, спортивной, автомобильной и морской промышленности.
К числу основных характеристик титанового порошка Ti64ELI относятся:
- Отличная биосовместимость и остеоинтеграция
- Возможность 3D-печати сложных геометрических форм, невозможных при литье/обработке
- Постоянство состава и микроструктуры в 3D-печатных деталях
- Хорошая усталостная прочность и вязкость разрушения
- Меньшее количество интерстициальных элементов, чем в Ti64, обеспечивает повышенную пластичность
- Совместимость с горячим изостатическим прессованием (ГИП) и термообработкой
- Соответствие стандартам ASTM по химическому составу и размеру частиц
Состав титанового порошка Ti64ELI
Типичный химический состав порошка титана Ti64ELI составляет:
| Элемент | Вес % |
|---|---|
| Титан (Ti) | Баланс |
| Алюминий (Al) | 5.5-6.75% |
| Ванадий (V) | 3.5-4.5% |
| Кислород (O) | ≤ 0,13% |
| Азот (N) | ≤ 0,05% |
| Углерод (C) | ≤ 0,08% |
| Железо (Fe) | ≤ 0,25% |
Основными легирующими элементами являются алюминий и ванадий. Алюминий повышает прочность и снижает плотность. Ванадий повышает прочность и пластичность. Низкое содержание междоузельных элементов кислорода, азота и углерода в Ti64ELI обеспечивает ему лучшую пластичность по сравнению с Ti64.
Свойства титанового порошка Ti64ELI
Титановый порошок Ti64ELI обладает следующими свойствами:
| Недвижимость | Значение |
|---|---|
| Плотность | 4,43 г/см3 |
| Температура плавления | 1604-1660°C |
| Теплопроводность | 6,7 Вт/м-К |
| Электрическое сопротивление | 170 мкΩ-см |
| Модуль Юнга | 114 ГПа |
| Прочность на разрыв | 895-930 МПа |
| Предел текучести | 825-875 МПа |
| Удлинение | 10-15% |
| Коэффициент Пуассона | 0.32-0.34 |
| Усталостная прочность | 400 МПа |
Основные моменты:
- Низкая плотность по сравнению со сталями
- Сохраняет прочность и вязкость при криогенных температурах
- Прочнее, чем коммерчески чистый титан
- Более низкая пластичность по сравнению с деформируемым Ti64, но достаточная для большинства применений
- Отличная коррозионная стойкость благодаря устойчивому защитному оксидному слою
Области применения титанового порошка Ti64ELI
Титановый порошок Ti64ELI используется для изготовления деталей следующего назначения:
Аэрокосмическая промышленность: Компоненты двигателей, каркасы, турбины, крепеж, редукторы, гидравлические системы
Медицина и стоматология: Ортопедические имплантаты, протезы, хирургические инструменты, зубные имплантаты
Автомобили: Клапаны, шатуны, компоненты гоночных автомобилей
Морской флот: Пропеллеры, насосы, валы, трубы, фитинги
Химический: Теплообменники, клапаны, трубы для работы с агрессивными химическими веществами
Спортивные товары: Клюшки для гольфа, велосипедные рамы, теннисные ракетки, клюшки для лакросса
Аддитивное производство: 3D-печатные детали для аэрокосмической, автомобильной и медицинской отраслей
Ti64ELI предпочтительнее Ti64 в АМ из-за меньшего количества интерстициальных элементов, вызывающих охрупчивание в 3D-печатных деталях из Ti64. Кроме того, он обладает высокой биосовместимостью для медицинских имплантатов.
Технические характеристики титанового порошка Ti64ELI
Титановый порошок Ti64ELI выпускается со следующими характеристиками:
| Параметр | Подробности |
|---|---|
| Размеры частиц | 15-45 мкм |
| Метод производства | Распыление газа |
| Форма частиц | Сферическая |
| Распределение по размерам | D10: 20 мкм, D50: 35 мкм, D90: 40 мкм |
| Кажущаяся плотность | ~2,2 г/куб. см |
| Плотность отвода | ~3,2 г/куб. см |
| Текучесть | Отличный |
| Стандарты | ASTM B348 Grade 23 |
Более крупные частицы размером 63-106 мкм могут быть изготовлены по индивидуальному заказу в соответствии с требованиями конкретной области применения. Более мелкие частицы могут использоваться в качестве сырья для литья металлов под давлением.
Поставщики и цены на порошок титановый Ti64ELI
К числу основных поставщиков и ценовых характеристик титанового порошка Ti64ELI относятся:
| Поставщик | Цены |
|---|---|
| AP&C | $88/кг для заказов >1000 кг |
| Arcam AB | $75/кг для заказов >500 кг |
| TLS Technik | €100/кг для заказов >100 кг |
| Технология LPW | £70-90/кг для заказов >100 кг |
| Порошок CNPC | $80-100/кг для >100 кг |
Цены варьируются в пределах $70-100 за кг в зависимости от объема заказа, гранулометрического состава и местоположения. Стоимость небольших партий и исследовательских образцов может превышать $500/кг.
Сравнение порошков титана Ti64 и Ti64ELI
Приведем сравнение титановых сплавов Ti64ELI и Ti64:
| Параметр | Ti64ELI | Ti64 |
|---|---|---|
| Интерстициальные O, C, N | Нижний | Выше |
| Пластичность | Выше | Нижний |
| Жесткость | Лучше | Бедный |
| Свариваемость | Отличный | Умеренный |
| Коррозионная стойкость | Сопоставимый | Сопоставимый |
| Прочность | Сопоставимый | Сопоставимый |
| Стоимость | Выше | Нижний |
| Пригодность АМ | Отличный | Умеренный |
Преимущества Ti64ELI перед Ti64:
- Повышенная пластичность и вязкость разрушения
- Низкая склонность к образованию трещин в процессе аддитивного производства
- Может подвергаться термообработке для повышения прочности
- Более устойчивы к поглощению водорода и охрупчиванию
Ограничения Ti64ELI по сравнению с Ti64:
- Более высокая стоимость, связанная с чистотой сырья и его обработкой
- Не рекомендуется для применения при высоких температурах свыше 300°C
- По сравнению с Ti64 имеется меньше данных по разработке сплавов
Плюсы и минусы титанового порошка Ti64ELI
Преимущества:
- Отличное соотношение прочности и массы
- Биологическая инертность позволяет использовать его для медицинских имплантатов
- Выдерживает стерилизацию и автоклавирование
- Устойчивость к коррозии в жестких условиях эксплуатации
- Совместимость с традиционными и аддитивными процессами
- Возможность термической обработки для придания индивидуальных свойств
- Может быть нанесено покрытие для придания эстетики и обеспечения надежности соединения
Недостатки:
- Дороже, чем нержавеющие стали и алюминиевые сплавы
- Более низкая жесткость по сравнению со сталью, склонность к пружинящему откату
- Низкая прочность на сдвиг по сравнению со сталями
- Титановая пыль представляет пожарную опасность
- Сложность обработки из-за низкой теплопроводности
- Восприимчивость к заеданию и заклиниванию в процессе обработки
- Обработка поверхности, обязательная для адгезионного соединения
- Требуется защита инертным газом во время АМ и сварки
Вопросы и ответы
Вопрос: В чем разница между Ti64ELI и Ti64?
Ответ: В Ti64ELI по сравнению с Ti64 меньше интерстициального кислорода, азота и углерода. Это придает Ti64ELI лучшую пластичность и вязкость разрушения.
Вопрос: Каковы области применения порошка Ti64ELI?
О: Основные области применения - аэрокосмические компоненты, медицинские имплантаты, автомобильные детали и 3D-печать. Он широко используется в отраслях, где требуется высокая прочность, малый вес и коррозионная стойкость.
Вопрос: Какой размер частиц используется для АМ?
О: Размер частиц 15-45 мкм рекомендуется для таких процессов AM с порошковым напылением, как селективное лазерное плавление (SLM) и электронно-лучевое плавление (EBM).
Вопрос: Каковы преимущества Ti64ELI перед нержавеющей сталью?
Ответ: Ti64ELI обладает более высоким соотношением прочности и массы, лучшей коррозионной стойкостью и биосовместимостью по сравнению с нержавеющими сталями. Однако Ti64ELI также дороже.
Вопрос: Какая постобработка требуется для деталей Ti64ELI AM?
О: Для достижения требуемых размеров, качества поверхности и свойств материала AM-деталям может потребоваться горячее изостатическое прессование (ГИП), термообработка и механическая обработка.
Вопрос: Можно ли сваривать детали из Ti64ELI для ремонта или соединения?
О: Да, Ti64ELI обладает отличной свариваемостью. Для сварки деталей из Ti64ELI можно использовать лазерную сварку, электронно-лучевую сварку и дуговую сварку. Для предотвращения окисления необходима соответствующая защитная оболочка.
Заключение
Таким образом, титановый порошок Ti64ELI обладает превосходным сочетанием высокой прочности, малой массы, коррозионной стойкости, биосовместимости, технологичности и термообрабатываемости. Его применение охватывает аэрокосмическую, медицинскую, автомобильную, химическую и потребительскую отрасли. Благодаря аддитивному производству сложные детали из Ti64ELI можно изготавливать методом 3D-печати непосредственно по данным САПР для производства легких конструкционных элементов по требованию. Однако Ti64ELI дороже Ti64 и сложнее в обработке. В целом Ti64ELI обладает возможностями, выходящими за пределы возможностей обычных титановых сплавов.
