GR5 (Ti-6Al-4V) es el "acero inoxidable 301" de aleaciones de titanio: se usa ampliamente y tiene una amplia gama de aplicaciones. Desde cuerpos de cohetes hasta implantes óseos humanos, GR5 está en todas partes. ¿Cuáles son las diferencias fundamentales entre este y el titanio puro?
Diseño de composición GR5
Composición GR5: Aluminio a base de titanio-5,5-6,5%, vanadio 3,5-4,5%. El aluminio es un -elemento estabilizador-que mejora la resistencia y la temperatura. El vanadio es un -elemento estabilizador-que permite que la aleación mantenga una estructura de fase dual-a temperatura ambiente. La fase garantiza estabilidad a altas temperaturas, mientras que la fase garantiza resistencia a temperatura ambiente. Esta estructura de dos fases es clave para el equilibrio de rendimiento de GR5.
GR1/GR2 son aleaciones monofásicas-de baja resistencia (resistencia a la tracción GR2 de 345 MPa) pero de buena plasticidad y se utilizan principalmente en equipos químicos e intercambiadores de calor de placas. GR5 tiene una resistencia a la tracción de 950 MPa, 2,7 veces mayor que la del GR2, pero su alargamiento es sólo la mitad que el del GR2.
Aplicaciones aeroespaciales
Tanques de combustible para cohetes: los tanques de combustible del SpaceX Falcon 9 utilizan una aleación de aluminio 2219, pero la carcasa del motor de la segunda-etapa utiliza GR5: la resistencia de las aleaciones de aluminio disminuye demasiado a altas temperaturas. GR5 rinde hasta 500 MPa a 400 grados, el doble que el 2219.
Soporte satélite y fijaciones: GR5 tiene una densidad de 4,43 g/cm³, que es el 56% de la del acero. Cada kilogramo de reducción de peso en un satélite ahorra 10 000 dólares en costos de lanzamiento.-El reemplazo de sujetadores de acero por GR5 es una opción económica para reducir el peso. Reemplazar los pernos 17-4PH con GR5 en la sección criogénica del motor da como resultado una reducción de peso del 44%.
Implantes Médicos
GR5 es un material estándar para implantes ortopédicos-articulaciones de cadera, rodillas, placas óseas e implantes dentales. Tres razones: buena biocompatibilidad (una película de TiO2 se forma espontáneamente en la superficie del titanio, no-tóxica y no-rechazante); un módulo elástico de 110 GPa, 55 % de las aleaciones de cobalto-cromo-más cercano a los 20-30 GPa del hueso, lo que reduce los efectos de protección contra la tensión; y una resistencia de 950 MPa, cumpliendo con los requisitos de carga.
Sin embargo, el módulo elástico de GR5 sigue siendo mayor que el del hueso.-La implantación a largo plazo-puede provocar resorción ósea. Actualmente, el GR5 poroso (impreso en 3D con una porosidad del 50-70%) puede reducir el módulo elástico a 15-30 GPa, más cerca del hueso esponjoso.
Desafíos de mecanizado de GR5
Alta temperatura de corte de la aleación de titanio: la conductividad térmica del titanio es solo 1/4 de la del acero, lo que concentra el calor de corte en el filo y provoca un rápido desgaste de la herramienta. Girar GR5 con herramientas de carburo requiere una velocidad lineal de 40 m/min, que es 1/3 de la velocidad necesaria para mecanizar acero inoxidable 304. Se requiere refrigerante que contenga cloro-; las emulsiones comunes son ineficaces.