Titanyum Alaşımlı Toz: Özellikler, Üretim ve Uygulamalar

Titanyum alaşım tozları yüksek mukavemet/ağırlık oranı, korozyon direnci ve biyouyumluluğu ile değerlendirilen ileri mühendislik malzemeleridir. Bu makale titanyum alaşımı toz metalurjisi, üretim yöntemleri, bileşimleri, mekanik özellikleri, endüstrilerdeki kullanımları ve tedarikçi ortamına genel bir bakış sunmaktadır.

Titanyum Alaşımlı Tozlara Genel Bakış

Titanyum alaşım tozu, alüminyum, vanadyum, demir ve molibden gibi diğer metalik elementlerle karıştırılmış titanyumdan oluşur. Tozlar, gaz atomizasyonu ve diğer yöntemlerle ince küresel parçacıklar halinde üretilir.

Bu gelişmiş tozlar, metal enjeksiyon kalıplama, eklemeli üretim ve sıcak izostatik presleme gibi toz metalurjisi teknikleriyle yüksek performanslı bileşenler üretmek için kullanılır. Titanyum alaşımlı tozlardan yapılan parçalar, alaşımsız titanyumdan yapılanlara kıyasla üstün mekanik özellikler sergiler.

Yüksek mukavemet, düşük yoğunluk, korozyon direnci ve biyouyumluluk gibi benzersiz nitelikler titanyum alaşım tozlarını havacılık, tıp, otomotiv, kimya ve tüketici uygulamaları için uygun hale getirir.

Titanyum Alaşımlı Tozun Faydaları:

• Yüksek mukavemet/ağırlık oranı
• Mükemmel korozyon direnci
• Biyoinert ve biyouyumlu
• Kompozisyonlar aracılığıyla özellikleri uyarlama yeteneği
• Bileşenler halinde net-şekilli üretilebilirlik
• Toz metalürjisi sayesinde maliyet tasarrufu

Titanyum Alaşımlı Toz ile İlgili Zorluklar:

• Yüksek malzeme maliyeti
• Taşıma ve işleme sırasında reaktivite sorunları
• Ulaşılabilir özelliklerdeki sınırlamalar
• Kontrollü atmosferler için gereklilik
• Rakip alaşımlara göre daha düşük süneklik

Bileşimleri Titanyum Alaşımlı Toz

Titanyum alaşımları, işlendikten sonra oluşturdukları mikro yapıya göre alfa, alfa-beta ve beta kategorilerinde sınıflandırılır. Alaşım elementleri, konsantrasyonları ve termo-mekanik işlemler mikroyapısal fazları belirler.

Titanyum alaşımı tozundaki yaygın alaşım elementleri:

• Alüminyum (Al)
• Vanadyum (V)
• Demir (Fe)
• Molibden (Mo)
• Kalay (Sn)
• Zirkonyum (Zr)
• Niyobyum (Nb)

Alaşım elementlerinin etkileri:

• Alüminyum (Al) - Mukavemeti artırır ve yoğunluğu düşürür
• Vanadyum (V) - Alfa ve beta fazlarını güçlendirir
• Demir (Fe) - Mukavemeti ve sünekliği artırır
• Molibden (Mo) - 500°C'ye kadar alaşımı güçlendirir
• Kalay (Sn) - Sürünme direncini artırır
• Zirkonyum (Zr) - Tane inceltme
• Niyobyum (Nb) - Alfa vakası oluşumunu önler

Yaygın titanyum alaşımı toz bileşimleri:

Alaşım	Temel Unsurlar	Aşamalar	Özellikler
Ti-6Al-4V (Sınıf 5)	Al: 6%, V: 4%	Alfa + beta	Mükemmel mukavemet, orta derecede süneklik, ısıl işlem uygulanabilir, en yaygın kullanılan alaşım
Ti-6Al-7Nb	Al: 6%, Nb: 7%	Yakın alfa	Yüksek gerilme mukavemeti, biyolojik olarak inert, tıbbi implantlarda kullanılır
Ti-10V-2Fe-3Al	V: 10%, Fe: 2%, Al: 3%	Beta	En yüksek mukavemetli titanyum alaşımı, düşük süneklik, işlenmesi zor
Ti-13V-11Cr-3Al	V: 13%, Cr: 11%, Al: 3%	Alfa + beta	400°C'ye kadar mükemmel sıcak sertlik ve sürünme direnci

Bileşimin özellikler üzerindeki etkileri:

• Artan Al içeriği gerilme mukavemetini artırırken yoğunluğu azaltır
• V, Mo, Cr ilavesi yüksek sıcaklık dayanımını artırır
• Fe ilavesi oda sıcaklığında gerilme mukavemetini artırır
• Sn alaşımın sürünme direncini artırır
• Zr ve Nb tane yapısı kontrolüne yardımcı olur

Titanyum Alaşımlı Toz Üretim Yöntemleri

Titanyum alaşımı tozu, erimiş alaşımlardan ince küresel tozlar üreten gelişmiş yöntemlerle üretilir. En yaygın üretim teknikleri arasında gaz atomizasyonu, plazma döner elektrot işlemi (PREP) ve plazma atomizasyonu yer alır.

Gaz Atomizasyonu

• Yüksek basınçlı inert gaz jetleri erimiş metal akışını ince damlacıklara ayırır
• 10 mikron ila 250 mikron arasında tozlar üretir
• En yaygın kullanılan ve ekonomik yöntem
• Tozlar düzensiz şekillere sahiptir ve uydular içerir

Plazma Dönen Elektrot Prosesi (PREP)

• Dönen elektrot plazma torçları kullanarak alaşımı parçalıyor
• Çok küresel ve pürüzsüz tozlar üretir
• Toz boyutları ve dağılımı üzerinde mükemmel kontrol
• Reaktif ve yüksek erime noktalı alaşımlar için kullanılır

Plazma Atomizasyonu

• Elektrik arkı veya plazma alaşımı ısıtır ve damlacıklar halinde atomize eder
• İyi akışkanlığa sahip yüksek küresel tozlar üretir
• Küçük partiler halinde 63 mikronun altındaki ince tozların üretimi için uygundur

İkincil İşleme

As-atomize tozlar, toz özelliklerini iyileştirmek için ikincil işleme tabi tutulur:

• İnce partikül boyutu dağılımlarına eleme
• Uyduları uzaklaştırmak ve yığılmayı en aza indirmek için şartlandırma
• Hedef bileşimlere ulaşmak için elemental veya ana alaşım tozlarının karıştırılması

Kullanımla İlgili Hususlar

• Titanyum alaşım tozları piroforiktir (yanıcı) ve depolama, işleme ve taşıma sırasında oksijen ve nem seviyeleri 50 ppm'in altında olan kontrollü ortamlar gerektirir. Argon genellikle inert örtü gazı olarak kullanılır.

Titanyum Alaşımlı Tozun Mekanik Özellikleri

Çekme Özellikleri

Titanyum alaşımları, bileşimlerine ve işleme geçmişlerine bağlı olarak alaşımsız titanyuma kıyasla daha yüksek çekme mukavemeti özellikleri gösterir.

Alaşım	Nihai Çekme Dayanımı (MPa)	Akma Dayanımı (MPa)	Uzama (%)
CP Titanyum Sınıf 1	240-550	170-480	20-25
Ti-6Al-4V ELI Sınıf 23	860-965	795-875	10-15
Ti-6Al-7Nb Sınıf 26	900-1000	825-900	15-20
Ti-15V-3Al-3Cr-3Sn Sınıf 18	900-1000	800-900	8-14

Alaşım Elementlerinin Etkileri:

• Alüminyum, katı çözelti güçlendirmesi yoluyla mukavemeti artırır
• V, Mo, Nb, Ta ilaveleri yüksek sıcaklık dayanımını artırır
• Demir, oda sıcaklığında gerilme mukavemetini artırır

Yorulma ve Kırılma Özellikleri

Yorulma mukavemeti ve kırılma tokluğu, molibden ve vanadyum gibi beta stabilizatörlerin daha yüksek konsantrasyonları ile azalır. Termomekanik işlemler mukavemet, süneklik, yorulma ve kırılma özelliklerinin kombinasyonunu optimize etmek için kullanılabilir.

Endüstriyel Uygulamaları Titanyum Alaşımlı Toz

Titanyum alaşımlarının mükemmel mukavemeti, korozyon direnci, sertliği ve biyouyumluluğu, onları endüstrilerdeki kritik uygulamalar için uygun hale getirir.

Havacılık ve Uzay Endüstrisi

• Uçak hidrolik sistemleri
• Uzay aracı itici yakıt tankajı
• Gövde ve iniş takımı bileşenleri
• Kompresör kanatları, diskler ve muhafazalar gibi motor parçaları

Medikal ve Dişçilik Sektörü

• Kalça eklemleri, kemik plakaları ve vidalar gibi ortopedik implantlar
• Cerrahi aletler ve biyo-implantlar
• Ortodontik ark telleri
• Diş implantları

Otomotiv Endüstrisi

• Bağlantı çubukları, emme valfleri, valf yayı tutucuları
• Motosiklet ve yarış bileşenleri
• Egzoz sistemi parçaları

Kimya Endüstrisi

• Isı eşanjörleri, kondansatörler ve borular
• Korozyon direnci için proses ekipmanları
• Tuzdan arındırma ve kirlilik kontrol ekipmanları

Tüketici Endüstrisi

• Saatler ve mücevherler
• Bisiklet kadroları, golf sopaları, lakros sopaları gibi spor ekipmanları
• Gözlük çerçeveleri, vücut piercingleri ve yüzükler

Diğer Uygulamalar

• Denizcilik - Pervaneler, sonar kubbeleri, tuzdan arındırma tesisleri
• Enerji üretimi - Buhar ve gaz türbini bileşenleri
• Mimari - Dekoratif cephe panelleri, korkuluklar, çatılar

Mükemmel güç/ağırlık oranı, titanyum alaşımlarını tüm endüstrilerde çelik ve alüminyum bileşenlerin yerini almaya uygun hale getirir.

Teknik Özellikler ve Standartlar

Titanyum alaşım tozları, farklı kaliteler için kabul edilebilir oksijen, nitrojen, karbon ve demir seviyelerini tanımlayan ASTM standartlarına göre üretilir.

Standart	Kapsam
ASTM B348	Titanyum ve titanyum alaşımlı çubuklar ve kütükler için şartname
ASTM B939	Titanyum alaşım tozları için test yöntemleri
ASTM F67	Cerrahi implantlar için alaşımsız titanyum çubuklar için şartname
ASTM F1472	Cerrahi implantlar için dövme titanyum 6Al-4V ELI için şartname

Titanyum Alaşımlı Toz Tedarikçileri

Titanyum alaşım tozları, endüstri uygulamalarına göre farklı kalitelerde üretim yapan özel metal tozu üreticileri tarafından tedarik edilir.

Önemli titanyum alaşım tozu üreticileri:

Şirket	Üretim Kapasitesi	Alaşımlar
AMETEK	Yıllık 5,000 ton	Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb, Ti-13V-11Cr-3Al
AP&C	Yıllık 7.500 ton	Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb, Ti-555, Ti-1023
Tekna	Yıllık 3.500 ton	Ti-6Al-4V ELI, Ti-6Al-7Nb
Carpenter Teknolojileri	Yıllık 3,000 ton	Ti-6Al-4V, Ti-10V-2Fe-3Al
Praxair	Yıllık 4,000 ton	CP Ti, Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb

Önemli titanyum alaşım tozu distribütörleri:

• Atlantik Ekipman Mühendisleri
• Mikron Metaller
• TLS Technik
• Küresel Titanyum

Maliyet Analizi

Titanyum alaşım tozları aşağıdakiler arasında değişir $$$/kg ila $$$$/kg Bileşim, üretim yöntemi, şekil, boyut dağılımı, kalite, sipariş hacmi ve coğrafi bölgeye bağlı olarak.

Genellikle vakum tabanlı yöntemlerle (plazma atomizasyonu, PREP) yapılan tozlar, inert gaz atomize tozlardan daha yüksek maliyetlidir. Tıbbi sınıfta 45 mikronun altındaki ince tozlar daha pahalıdır.

Maliyet Tasarrufu Fırsatları:

• Premium alaşımlar yerine daha ucuz Ti-6Al-4V kullanın
• Titanyum yerine paslanmaz çelik veya alüminyum alaşımları
• CNC işlemeye karşı eklemeli üretim kullanın
• Miktar indirimlerinden yararlanmak için toplu alımlar yapın

Titanyum Sınıfları Arasında Karşılaştırma

Ti-6Al-4V ve Ti-6Al-7Nb Alaşımları:

Mülkiyet	Ti-6Al-4V	Ti-6Al-7Nb
Çekme mukavemeti	895 MPa	980 MPa
Akma dayanımı	825 MPa	900 MPa
Yoğunluk	4,43 g/cc	4,52 g/cc
Biyo-atılganlık	Orta düzeyde	Yüksek
Maliyet	Daha düşük	Daha yüksek

Ti-6Al-4V ve CP Titanyum Sınıfı 1:

• Ti-6Al-4V 2 kat daha yüksek çekme ve akma dayanımına sahiptir
• CP Sınıf 1 daha iyi süneklik sunar - 25% uzama vs 10-15%
• Ti-6Al-4V, CP titanyumdan ağırlık olarak 45% daha güçlüdür
• CP titanyum, alaşımdan daha şekillendirilebilir ve işlenmesi daha kolaydır

Gaz ve Plazma Atomizasyon Yöntemleri:

Mülkiyet	Gaz Atomizasyonu	Plazma Atomizasyonu
Parçacık şekli	Uydularla düzensiz	Son derece küresel
Oksijen toplama	Orta düzeyde	Düşük oksijen seviyeleri
Maliyet	Daha düşük	Daha yüksek
Üretkenlik	Daha yüksek	Daha düşük

İçin İşleme Yöntemleri Titanyum Alaşımlı Toz

Titanyum bileşenlerin üretimi için üç ana toz işleme yolu vardır:

Metal Enjeksiyon Kalıplama (MIM)

• Küçük, karmaşık parçaların yüksek hacimli üretimi
• Plastik enjeksiyon kalıplama ve metal tozu sinterleme kombinasyonu
• Mükemmel boyutsal doğruluk ve yüzey kalitesi
• Havacılık ve tıbbi uygulamalar

Katmanlı Üretim (AM)

• CAD verilerinden bileşenlerin doğrudan 3D baskısı
• Karmaşık, hafif geometriler için tasarım özgürlüğü
• Ti-6Al-4V gibi titanyum alaşımları yaygın olarak kullanılır
• Medikal, havacılık, otomotiv gibi sektörlerde kullanılır

Sıcak İzostatik Presleme (HIP)

• Kapsüllenmiş tozların ısı ve izostatik basınç kullanılarak konsolide edilmesi
• Karmaşık şekillerde yüksek yoğunluklara ulaşır
• Katı metal işlemeye kıyasla düşük maliyet
• Uçak ve tıbbi bileşenler için kullanılır

SSS

Titanyum alaşım tozunun farklı dereceleri nelerdir?

En yaygın titanyum alaşım kaliteleri arasında Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb, Ti-10V-2Fe-3Al ve Ti-13V-11Cr-3Al bulunur. Sınıf numarası bileşimi gösterir - örneğin, Ti-6Al-4V 6% alüminyum ve 4% vanadyum içerir.

Ti-6Al-4V neden en popüler titanyum alaşımıdır?

Ti-6Al-4V hafiflik, korozyon direnci, imalat kolaylığı ve maliyetin en iyi kombinasyonunu sunar. Alfa + beta koşullarında mükemmel mukavemete sahiptir ve daha fazla ısıl işleme tabi tutulabilir. Tüm titanyum kullanımının 50%'sinden fazlasını oluşturur.

Titanyum alaşım tozları için hangi partikül boyutları mevcuttur?

Katmanlı üretim için titanyum alaşım tozları 15 ila 45 mikron arasında değişir. 25 mikronun altındaki daha ince tozlar daha yüksek çözünürlük sağlar ancak daha pahalıdır. MIM uygulamaları için 45 ila 250 mikron arasında daha büyük toz boyutları tercih edilir.

Titanyum tozunun alev almasına ne sebep olur?

Titanyum tozları oksijene karşı yüksek afiniteye sahiptir ve havaya maruz kaldığında kendiliğinden tutuşabilir. Piroforik doğası, taşıma, depolama ve işleme sırasında inert gaz ortamları gerektirir. Nem ve yağ kalıntıları bile yangınları başlatabilir.

Titanyum alaşım tozu neden pahalıdır?

Titanyum alaşımı toz üretimi, inert atmosfer altında karmaşık vakum eritme işlemlerini içerir ve bu da onu çeliklerden ve alüminyum alaşımlarından daha pahalı hale getirir. Ayrıca daha yüksek hammadde maliyetleri, enerji tüketimi, atık oluşumu ve düşük toz yeniden kullanılabilirliği yüksek satış fiyatına katkıda bulunur.

Titanyum alaşım tozu hangi sektörlerde kullanılır?

Ana uygulama endüstrileri, yüksek mukavemet, düşük ağırlık ve korozyon direnci nedeniyle havacılık, tıp ve dişçilik, otomotiv, denizcilik, spor ekipmanları ve kimyasal işlemedir. Biyouyumluluk, cerrahi implantlarda ve ortodontik tellerde kullanıma izin verir.

daha fazla 3D baskı süreci öğrenin