GR5 (Ti-6Al-4V) はチタン合金の「301 ステンレス鋼」であり、広く使用されており、幅広い応用範囲を持っています。ロケット本体から人骨インプラントに至るまで、GR5 は至る所に存在します。純チタンとの根本的な違いは何ですか？
GR5 構成デザイン
GR5 組成: チタン-ベースのアルミニウム 5.5-6.5%、バナジウム 3.5-4.5%。アルミニウムは、強度と耐熱性を向上させる-安定化要素-です。バナジウムは-安定化元素-で、合金が室温で + 二相構造を維持できるようにします-。この相は高温での安定性を確保し、同時に室温での強度も確保します。この二相構造が GR5 の性能バランスの鍵となります。
GR1/GR2 は単相合金-です-強度は低いですが（GR2 引張強度 345MPa）、可塑性に優れており、主に化学装置やプレート熱交換器に使用されます。 GR5は引張強さが950MPaとGR2の2.7倍ありますが、伸びはGR2の半分しかありません。
航空宇宙用途
ロケット燃料タンク: SpaceX ファルコン 9 の燃料タンクは 2219 アルミニウム合金を使用していますが、第 2 段エンジン シェルには GR5 が使用されています。アルミニウム合金の強度は高温では著しく低下します。 GR5 は 400 度で 500MPa の降伏を示し、これは 2219 の 2 倍です。
サテライトサポートとファスナー: GR5 の密度は 4.43 g/cm3 で、これはスチールの 56% です。衛星が 1 キログラム軽量化されるごとに、打ち上げコストが 10,000 ドル節約されます。{6}}スチール製留め具を GR5 に置き換えることは、軽量化のための経済的な選択肢です。エンジンの極低温セクションの 17-4PH ボルトを GR5 に置き換えることにより、44% の重量削減が実現します。
医療用インプラント
GR5 は、整形外科用インプラント-股関節、膝関節、骨プレート、歯科インプラントの標準材料です。 3 つの理由: 優れた生体適合性 (TiO2 膜がチタン表面に自然に形成され、非毒性で非拒絶反応性です)。弾性率は 110 GPa、コバルト-クロム合金-の 55% は骨の 20-30 GPa に近く、応力シールド効果を低減します。強度950MPaで耐荷重要件を満たしています。
ただし、GR5 の弾性率は骨よりも依然として高く、長期にわたる移植では骨吸収が発生する可能性があります。--現在、多孔質 GR5 (気孔率 50 ～ 70% で 3D プリント) は、弾性率を 15 ～ 30 GPa まで低下させ、海綿骨に近づけることができます。
GR5の加工の課題
チタン合金の高い切削温度 – チタンの熱伝導率は鋼のわずか 1/4 であり、切削熱が刃先に集中し、工具の急速な摩耗を引き起こします。超硬工具で GR5 を旋削するには、線速度 40 m/min が必要ですが、これは 304 ステンレス鋼の加工に必要な速度の 1/3 です。塩素-を含む冷却剤が必要です。通常のエマルジョンは効果がありません。