Titanyum Alaşımları Tozuna Giriş

Titanyum alaşımları tozu endüstrilerdeki gelişmiş uygulamalar için uygun hale getiren benzersiz özelliklere sahip çok yönlü bir mühendislik malzemesidir. Bu makale titanyum alaşımlarının toz metalurjisi, üretim yöntemleri, bileşimleri, mekanik ve fiziksel özellikleri, uygulamaları, teknik özellikleri, fiyatlandırması, artıları ve eksileri ve sıkça sorulan sorular hakkında genel bir bakış sunmaktadır.

Titanyum Alaşımları Toz Üretim Yöntemleri

Titanyum alaşımları tozu, partikül boyutu dağılımı, morfoloji, saflık seviyeleri ve daha fazlası gibi toz özelliklerini etkileyen çeşitli yöntemlerle üretilebilir. Ana üretim yolları şunları içerir:

Yöntem	Açıklama	Tipik Toz Özellikleri
Gaz Atomizasyonu	Yüksek basınçlı gaz jetleri tarafından toz halinde katılaşan ince damlacıklara parçalanan sıvı alaşım akışı	Küresel morfoloji, orta ila ince partikül boyutları (15-180 μm), özel alaşım bileşimleri, yüksek saflık
Plazma Dönen Elektrot Prosesi (PREP)	Elektrot ucu plazma arkı tarafından eritilir, merkezkaç kuvveti toz halinde katılaşan mikro damlacıklar oluşturur	Sferoidal partiküller, çok ince toz (25-75 μm), orta saflıkta, geniş alaşım seçenekleri
Hidrit-Dehidrit (HDH)	Alaşım hidrür oluşumu ve ayrışma süreci gözenekli kaba toz verir	Düzensiz morfoloji, büyük partikül boyutu (75-250 μm), orta ila yüksek saflık, sınırlı alaşımlar

Her üretim yöntemi, endüstrilerdeki farklı uygulamalara uygun farklı özelliklere sahip titanyum alaşımları tozu ile sonuçlanır.

Titanyum Alaşımları Toz Bileşimleri

Metalurji için titanyum alaşımları tozu, eser miktarda demir, oksijen, karbon ve nitrojen ilavesiyle esas olarak alüminyum ve vanadyum ile harmanlanmış titanyumdan oluşur. Kütle yüzdesine göre yaygın titanyum alaşımları formülasyonları şunları içerir:

Alaşım	Alüminyum	Vanadyum	Diğer Unsurlar
Ti-6Al-4V (Sınıf 5)	5.5-6.75%	3.5-4.5%	Demir ≤ 0,3%, Oksijen ≤ 0,2%, Karbon ≤ 0,1%, Azot ≤ 0,05%
Ti-6Al-4V ELI (Ekstra Düşük İnterstisyel, Sınıf 23)	5.5-6.5%	3.5-4.5%	Demir ≤ 0,3%, Oksijen ≤ 0,13%, Karbon ≤ 0,08%, Azot ≤ 0,05%
Ti-10V-2Fe-3Al	2.5-3.5%	9-11%	Demir 1,8-2,2%, Oksijen ≤ 0,2%, Karbon ≤ 0,1%, Azot ≤ 0,05%

Titanyum alaşımları toz kimyası, son kullanıma bağlı olarak mukavemet ve sertlikten korozyon direncine, biyo-uyumluluğa, yüksek sıcaklık direncine, ağırlık tasarrufuna ve diğer önceliklere kadar performans profillerini optimize etmek için uyarlanabilir.

Titanyum Alaşımları Tozu Özellikler

Uygulamalar arasında değer verilen temel titanyum alaşımları toz özellikleri şunlardır:

Mülkiyet	Ti-6Al-4V	Ti-6Al-4V ELI	Ti-10V-2Fe-3Al
Yoğunluk (g/cm3)	4.42	4.42	4.35
Erime Noktası (°C)	1604-1660	1604-1660	1590-1650
Nihai Çekme Dayanımı (MPa)	860-1200	860-1050	900-1150
Akma Dayanımı (MPa)	750-1100	760-960	800-1050
Kopma Uzaması (%)	8-15	8-12	7-14
Elastik Modül (GPa)	100-115	95-115	90-110
Sertlik (HRC)	30-38	32-36	30-40

Titanyum toz alaşımları, titanyumun hafifliğini yüksek mukavemet-ağırlık oranı, kırılma tokluğu, yorulma ve korozyon direnci ile birleştiren ve kritik uygulamalar için uygun olan gelişmiş bir özellik profili sunar.

Titanyum Alaşımları Toz Uygulamaları

Hafif mukavemet, biyouyumluluk ve aşırı çevre direnci, titanyum alaşımlarını pazarlar arasında çok yönlü bir seçim haline getirmektedir. Tipik uygulamalar şunlardır:

Endüstri	Uygulamalar
Havacılık ve Uzay	Uçak motoru ve yapısal bileşenleri, uzay aracı yapıları, roketler
Tıbbi	Ortopedik ve diş implantları, cerrahi aletler, protezler
Otomotiv	Valfler, bağlantı çubukları, yaylar, bağlantı elemanları, egzoz bileşenleri
Kimyasal	Korozyon direnci için pompalar, vanalar, borular, tanklar, reaksiyon kapları
Enerji Üretimi	Buhar ve gaz türbini kanatları, açık deniz platform bileşenleri
Spor Malzemeleri	Golf sopaları, tenis raketleri, bisikletler, diğer yüksek performanslı ekipmanlar
Petrol ve Gaz	Kuyu içi boruları, açık deniz kuleleri, kuyu başı bileşenleri

Sektörlerdeki bu zorlu ortamlar, titanyum alaşımlarının yüksek mukavemet-ağırlık oranı, yorulma direnci, kırılma tokluğu, korozyon direnci ve biyouyumluluk gibi özelliklerinden yararlanır.

Titanyum Alaşımları Toz Özellikleri

Titanyum alaşımları tozları, kimya, parçacık boyutu dağılımı, morfoloji ve eklemeli üretim veya pres ve sinter ihtiyaçlarına göre uyarlanmış diğer parametreler için standartlaştırılmış spesifikasyonlarda üretilir.

Parametre	Şartname
Alaşım Sınıfı	Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4V ELI, Ti-10V-2Fe-3Al, diğer kaliteler
Parçacık Şekli	Küresel, düzensiz şekiller
Partikül Boyut Aralığı (μm)	AM için 15-45, 45-100, 100-180 tercih edilir
Salon Akış Hızı (s/50g)	>32 saniyeden fazla, iyi toz akışkanlığını gösterir
Görünür Yoğunluk (g/cm3)	Küresel toz için 2.7-3.2, düzensiz toz için 2.2-2.8
Musluk Yoğunluğu (g/cm3)	>4.0, paketleme verimliliğini artırır

Oksijen, nitrojen, karbon, demir ve diğer eser elementler için izin verilen sınırlar dahilinde kimya analizlerini karşılamak, yüksek performanslı toz için kritik öneme sahiptir. Bu özellikler, AM veya presle ve sinterle tekniklerinde işleme uygunluğu sağlar.

Titanyum Alaşımları Toz Karşılaştırması

En yaygın kullanılan titanyum alaşımları toz çeşitleri - Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4V ELI ve Ti-10V-2Fe-3Al kaliteleri - farklı özellik avantajlarına sahiptir:

	Ti-6Al-4V	Ti-6Al-4V ELI	Ti-10V-2Fe-3Al
Güç	Yüksek mukavemetli	Biraz daha düşük mukavemet ancak daha iyi süneklik	Ti-6Al-4V ile karşılaştırılabilir mukavemet
Kaynaklanabilirlik	Orta düzeyde	Mükemmel	Ti-6Al-4V'den daha iyi
Korozyon Direnci	Orta düzeyde	Hassas uygulamalar için daha iyi	Üstün korozyon direnci
Maliyet	Orta fiyat	Hafif maliyet primi	Ti-6Al-4V alaşımlarından daha düşük maliyet
Biyouyumluluk	Mükemmel	Vücut implantları için üstün	Tıbbi cihazlar için daha az tercih edilir

Ti-6Al-4V ELI kalite toz süneklik, kaynaklanabilirlik, biyouyumluluk ve korozyon direnci açısından öne çıkmakta ancak daha pahalıya mal olmakta, Ti-10V-2Fe-3Al ise daha düşük fiyata korozyon direncinde üstünlük sağlamakta ancak 5 ve 23 kalite alaşımlara kıyasla biyo-tıbbi uygunluk açısından geride kalmaktadır.

Titanyum Alaşımları Toz Fiyatlandırması

Titanyum alaşımları tozu, işleme yoğunluğu ve benzersiz özellikleri nedeniyle çelik tozlarına göre önemli bir fiyat primine sahiptir:

Toz Sınıfı	Fiyat Aralığı (kg başına USD)
Ti-6Al-4V	120 – 160
Ti-6Al-4V ELI	135 – 185
Ti-10V-2Fe-3Al	100 – 165

Maliyet, üretim yöntemine, kimyaya, boyut dağılımına, şekle ve sipariş miktarlarına bağlıdır. Düzensiz toz küreselden daha ucuz olabilir. Argon veya vakum paketleme için fiyat primleri de geçerlidir. Önemli hacim indirimleri de kilo başına fiyatları düşürür.

Titanyum Alaşımları Tozu Artıları ve Eksileri

	Artıları	Eksiler
Mekanik Özellikler	Yüksek mukavemet/ağırlık oranı, güçlü ama hafif	Bazı çelik alaşımlarından daha düşük mukavemet
Fiziksel Özellikler	Korozyona dayanıklı, biyo-uyumlu, manyetik olmayan, termal iletken	İnert kullanım gerektiren oksijen gibi elementlerle yüksek reaktivite
İşleme	Çoklu AM teknikleri için uygunluk, ısıl işlem kabiliyeti	Çeliklere kıyasla küresel toz üretimi daha pahalıdır
Performans	Üstün kırılma tokluğu, yorulma ömrü, aşınma direnci	Hidrojen gevrekleşmesine ve aşınma eğilimlerine maruz kalabilir
Ekonomi	Büyük ağırlık tasarrufu fırsatı	Çelik alternatiflerine göre daha yüksek malzeme maliyeti

Titanyum toz alaşımları performansı artırır ancak daha pahalıya mal olur. Spesifik mukavemetin yanı sıra çevresel dayanıklılıkta çelikleri geride bırakırlar, ancak mutlak mukavemet ve maliyet ölçütlerinde geride kalırlar. Daha kısa yorulma ömrü, hidrojen alımı ve aşınma da bazı titanyum alaşımlarını rahatsız edebilir.

SSS

Soru	Cevap
Toz formunda mevcut olan başlıca titanyum alaşımları nelerdir?	En çok kullanılan titanyum alaşım tozları Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4V ELI ve Ti-10V-2Fe-3Al olup yaygın AM'ye hazır partikül boyutu dağılımları ve bileşimlerinde üretilmektedir. Özel alaşımlar da mümkündür.
Titanyum alaşımları toz yataklı AM için en uygun partikül boyutu aralığı hangisidir?	Ortalama boyutu 30-60 mikron arasında olan 15-100 mikronluk bir partikül boyutu aralığı idealdir. Çok ince olması tozun taşınmasında ve yayılmasında zorluklara yol açar. Çok kaba olması daha az yoğun parçalara neden olabilir.
Titanyum alaşımları tozu nasıl depolanır ve kullanılır?	İnert gaz tahliyesi ve havaya maruz kalmanın en aza indirilmesi, alaşım kimyasını değiştirebilecek oksijenin alınmasını önlemek için kritik öneme sahiptir. Vakumla kapatılmış kaplar ve argonla doldurulmuş eldiven kutuları tozun etkili bir şekilde depolanmasını ve taşınmasını sağlar.
AM titanyum parçalarda hangi son işlemler kullanılır?	Sıcak izostatik presleme ve tavlama gibi ısıl işlemler mekanik özelliklerin iyileştirilmesine yardımcı olabilir. Yüzey bitirme adımları CNC işleme, delme, taşlama ve parlatma içerebilir. Basınç gerilmelerini indüklemek için bilyeli çekiçleme de kullanılır.
Titanyum alaşımları katkılı üretimden sonra geri dönüştürülebilir mi?	Evet, kullanılmış titanyum tozu genellikle kurtarılabilir, elenebilir ve yeniden kullanım için işlenmemiş tozla karıştırılabilir. Bazı titanyum alaşımları için 90%'nin üzerinde geri dönüşüm verim oranları elde edilir ve bu da önemli maliyet tasarrufu sağlar.

Sonuçlar

Yüksek özgül mukavemet, yorulma ve korozyon direnci gibi özellikleriyle titanyum alaşım tozları, havacılık, tıp, otomotiv, enerji ve diğer zorlu uygulamalarda daha hafif, daha dayanıklı parçalar sağlar. Titanyum toz metalürjisindeki gelişmeler, AM teknikleri için özel olarak optimize edilmiş tozlar aracılığıyla benimsenmeyi daha da genişletiyor.

Önde gelen titanyum kaliteleri Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4V ELI ve Ti-10V-2Fe-3Al; mukavemet, süneklik, tokluk, kaynaklanabilirlik, biyo-uyumluluk ve kimyasal direnç gibi özellikleri cazip fiyatlarla dengeler. Devam eden titanyum alaşımları gelişimi ve metal AM yeteneklerindeki ilerleme, kritik görev bileşenleri için titanyum tozu kullanımını hızlandıracaktır.

daha fazla 3D baskı süreci öğrenin