Шестигранный стержень из титана 5-го класса

Шестигранный стержень из титана 5-го класса (Ti-6Al-4V, UNS R56400) является наиболее широко используемым титановым сплавом в строительстве, аэрокосмической отрасли и медицине, сочетая в себе высокую прочность, низкую плотность и превосходную коррозионную стойкость. Поставляется в соответствии со стандартами ASTM B348-21 и AMS 4928W; в стандартную комплектацию входят заводские сертификаты испытаний в соответствии с EN 10204 3.1.

Краткая техническая характеристика

Химический состав — ASTM B348-21, класс 5 (UNS R56400)

Титан 5-го класса (Ti-6Al-4V) по стандарту ASTM B348-21 содержит 5,50–6,75% алюминия и 3,50–4,50% ванадия в качестве основных легирующих элементов, при этом установлены строгие ограничения на содержание интерстициальных элементов (кислород, азот, водород, углерод), которые определяют механические характеристики.

Источник: ASTM B348-21, таблица 1, «Требования к составу стали марки 5».

Механические свойства

Отпаленное состояние — Минимальные требования стандарта ASTM B348-21

Шестигранный стержень из титана 5-го класса в отожженном состоянии соответствует или превосходит следующие минимальные требования к свойствам, установленные стандартом ASTM B348-21, что подтверждено результатами испытаний на растяжение в соответствии со стандартом ASTM E8/E8M.

Состояние после термообработки и выдержки (STA) — AMS 4965 (прокат и поковки STA)

Для применений, требующих повышенной прочности, шестигранные прутки из титана 5-го класса в состоянии STA обладают следующими типичными характеристиками в соответствии со стандартом AMS 4965 (спецификация STA для прутков и поковок из Ti-6Al-4V). Примечание: Стандарт AMS 4928W регулирует требования к отожженному материалу; состояние STA регулируется стандартом AMS 4965.

Дополнительные типичные физические свойства (отжига)

Типовые значения в соответствии со «Справочником ASM International», том 2; не являются минимальными значениями по стандарту ASTM B348.

Доступные размеры и допуски

Стандартные размеры «Across-Flats» (AF)

Шестигранный пруток из титана Ti-6Al-4V класса 5 поставляется со следующими стандартными размерами по плоскостям. Размеры по плоскостям и длины по индивидуальному заказу предоставляются по запросу.

• h9 допуск: Высокоточная шлифованная поверхность; максимально строгий контроль размеров для заготовок крепежных деталей и операций механической обработки с узкими допусками
• Допуск h11: В состоянии после волочения или с заводской обработкой поверхности; стандарт для общестроительных и обрабатываемых заготовок
• Возможны индивидуальные допуски (h8, специальные размеры AF) — отправьте запрос на предложение с чертежом

Технический обзор: титан Ti-6Al-4V с альфа-бета-структурой

Титан 5-го класса (Ti-6Al-4V) представляет собой альфа-бета-сплав, на долю которого приходится примерно 50% мирового потребления титана; он обладает самым высоким соотношением прочности к весу среди всех серийно выпускаемых титановых прутков, сохраняя при этом полную коррозионную стойкость в большинстве промышленных сред.

Свойства сплава обусловлены двухфазной микроструктурой: альфа-фаза (α), стабилизированная алюминием, обеспечивает сопротивление ползучести и термическую стабильность в диапазоне температур до примерно 400 °C (750 °F) при эксплуатации в обычных условиях; бета-фаза (β), стабилизированная ванадием, обеспечивает пластичность и способствует поддачи термической обработке. В отожженном состоянии сплав достигает минимального предела прочности при растяжении 895 МПа при плотности всего 4,43 г/см³ — что составляет примерно 57% от плотности стали AISI 4340 (на 43% легче по объему).

Профиль с шестигранным поперечным сечением обладает определенными преимуществами в плане механической обработки и проектирования по сравнению с круглым прутком. Геометрия «плоская поверхность к плоской поверхности» позволяет осуществлять прямое закрепление без дополнительных операций при производстве заготовок для крепежа, сокращает отходы материала при токарной обработке шестигранных гнезд и штоков клапанов, а также обеспечивает надежную защиту от проворачивания при монтаже. Размеры от плоскости до плоскости от 6 мм до 120 мм охватывают весь диапазон — от небольших заготовок для крепежа до крупных конструкционных соединителей и корпусов клапанов.

Коррозионная стойкость обусловлена пассивным самовосстанавливающимся слоем оксида TiO₂, который самопроизвольно образуется в воздушной и водной средах. Титан 5-го класса устойчив к воздействию хлорированных сред, морской воды и большинства разбавленных кислот — однако его не рекомендуется использовать в условиях воздействия дымящейся азотной кислоты, безводного хлора или фтористоводородной кислоты без проведения дополнительной оценки коррозионной стойкости.

Свариваемость: Шестигранный пруток Ti-6Al-4V поддается сварке методами GTAW и EBW в соответствии со стандартом AWS D1.9 и применимыми спецификациями по сварке в аэрокосмической отрасли. При сварке требуется защита инертным газом; для конструкционных применений рекомендуется проводить снятие остаточных напряжений после сварки при температуре 540–650 °C (1 000–1 200 °F).

Почему именно Hex Bar: области применения и примеры использования

Шестигранные стержни из титана 5-го класса находят применение в шести основных отраслях, где сочетание высокой прочности, малой массы, коррозионной стойкости и шестигранной формы обеспечивает значительные технические преимущества.

Аэрокосмическая промышленность — заготовки для крепежа и конструктивные соединители

Шестигранный пруток Ti-6Al-4V, соответствующий стандарту AMS 4928W, является основным исходным материалом для изготовления заготовок титановых крепежных элементов авиакосмического класса, конструкционных кронштейнов и корпусов соединителей. Шестигранное сечение позволяет минимизировать объем съема материала при механической обработке по сравнению с круглым прутком при изготовлении головок болтов и корпусов гаек. Применимые спецификации: AMS 4928W, ASTM B348-20, Boeing BMS 7-323.

Медицинские приборы и хирургические инструменты

Шестигранные стержни из титана 5-го класса в соответствии со стандартом ISO 5832-3 используются при изготовлении корпусов хирургических инструментов, отверток для костных винтов и пробных компонентов ортопедических имплантатов. Материал обладает биосовместимостью, немагнитными свойствами, что обеспечивает совместимость с МРТ, а также устойчивостью к коррозии под воздействием биологических жидкостей. Для постоянных имплантатов предпочтительным является титан 23-го класса (Ti-6Al-4V ELI, ASTM F136) из-за более низкого содержания кислорода.

Нефте-, газо- и химическая переработка

Шестигранный пруток из Ti-6Al-4V предназначен для изготовления штоков клапанов, валов насосов и узлов регулирования расхода, работающих в средах с содержанием хлора или сернистого газа, где сплавы нержавеющей стали обладают недостаточной коррозионной стойкостью. Общая рабочая температура составляет примерно 400 °C (750 °F); для применений, критичных с точки зрения усталостной прочности, часто применяется консервативный расчетный предел в 315 °C (600 °F).

Морская и оффшорная инженерия

Шестигранный пруток из титана марки 5 обладает превосходной стойкостью к коррозии в морской воде и биологическому обрастанию, что делает его идеальным материалом для подводного оборудования, компонентов соединительных узлов и конструктивных элементов дистанционно управляемых подводных аппаратов (ROV). Преимущество в плотности по сравнению с нержавеющей сталью позволяет снизить вес надводных конструкций на морских установках.

Высокопроизводительные автомобили и автоспорт

Из шестигранных прутков из сплава Ti-6Al-4V изготавливаются крепежные элементы подвески, детали амортизаторов и крепеж для двигателей в автоспорте, где снижение веса каждого отдельного элемента напрямую влияет на технические характеристики. Сплав соответствует требованиям FIA и других регулирующих органов к материалам для критически важных крепежных элементов.

Промышленное и оборонное оборудование

Прокат в виде шестигранных прутков используется для изготовления корпусов клапанов, прецизионных приводных валов и заготовок для компонентов вооружений в оборонной промышленности и тяжелой промышленности. Материал, прошедший термообработку и старение (STA) в соответствии со стандартом AMS 4965, обеспечивает максимальную прочность на разрыв для применения в условиях высоких нагрузок.

Применимые стандарты и сертификаты

Все шестигранные прутки из титана Ti-6Al-4V 5-го класса изготавливаются и проходят испытания в соответствии со следующими стандартами. К каждой партии товара прилагаются заводские сертификаты испытаний в соответствии с EN 10204 3.1.

Стандарты на материалы

Различия между стандартами ASTM B348 и AMS 4928

ASTM B348-21 — это общий коммерческий стандарт, применимый к титановым пруткам для промышленного, медицинского и общеинженерного использования, в котором определены минимальные требования к химическому составу и механическим свойствам. Стандарт AMS 4928W (спецификация материалов для аэрокосмической отрасли SAE) регулирует тот же сплав в отожженном состоянии, но предъявляет более строгие требования к испытаниям — включая ультразвуковой контроль в соответствии со стандартом AMS 2631G, более жесткие пределы содержания водорода и дополнительную сертификационную документацию — специально для применения в аэрокосмической и оборонной отраслях. Для материала в состоянии STA применяется спецификация AMS 4965. При закупке продукции, сертифицированной по стандарту AS9100D, следует запрашивать сертификат по стандарту AMS 4928W (отжиг) или AMS 4965 (STA).

Документация по качеству и отслеживаемости

Часто задаваемые вопросы

Является ли титан Grade 5 тем же самым, что и Ti-6Al-4V?

Да. “Grade 5” и “Ti-6Al-4V” — это два названия одного и того же сплава. «Grade 5» — это обозначение по стандарту ASTM, используемое в стандарте ASTM B348; «Ti-6Al-4V» описывает номинальный состав (алюминий 6%, ванадий 4%); а UNS R56400 — это идентификатор по унифицированной системе нумерации. Все три обозначения относятся к одному и тому же сплаву, который имеет европейский номер материала W.-Nr. 3.7164 (не путать с 3.7165, обозначающим Grade 23 / Ti-6Al-4V ELI).

В чём заключается разница между стандартами ASTM B348 и AMS 4928?

ASTM B348-21 — это коммерческая спецификация на титановые прутки, определяющая минимальный химический состав и механические свойства для общепромышленного применения. AMS 4928W (SAE) — это спецификация аэрокосмического класса, охватывающая отожженный Ti-6Al-4V, который требует более строгих испытаний, включая более жесткий контроль содержания водорода, обязательный ультразвуковой контроль в соответствии с AMS 2631G и документацию по прослеживаемости, соответствующую требованиям к цепочке поставок AS9100D. Для материалов, прошедших термообработку и старение (STA), применяется спецификация AMS 4965. В аэрокосмических и оборонных программах обычно требуются материалы, соответствующие AMS 4928W (отжигаемые) или AMS 4965 (STA); для общепромышленных применений обычно допускается использование материалов, соответствующих ASTM B348.

Каковы механические свойства шестигранного стержня из титана 5-го сорта?

В отожженном состоянии в соответствии со стандартом ASTM B348-21 шестигранный стержень из титана марки 5 обладает минимальной прочностью на разрыв 895 МПа (130 000 фунтов на квадратный дюйм) и минимальным пределом текучести 828 МПа (120 000 фунтов на квадратный дюйм), а также относительным удлинением не менее 10%. В состоянии термообработки и старения (STA) в соответствии со стандартом AMS 4965 прочность на разрыв достигает примерно 1 170 МПа (170 000 фунтов на квадратный дюйм), а предел текучести — примерно 1 100 МПа (160 000 фунтов на квадратный дюйм); состояние STA используется для аэрокосмических применений с максимальными нагрузками.

Для чего используется титан 5-го класса?

Шестигранный пруток из Ti-6Al-4V используется в основном в качестве исходного материала для заготовок крепежных деталей и конструктивных соединений в аэрокосмической отрасли, компонентов хирургических инструментов, штоков клапанов для нефтегазовой промышленности, подводного оборудования для морского флота, а также крепежных элементов подвески в автоспорте. Шестигранное поперечное сечение особенно ценится при прямой обработке головок болтов и корпусов гаек (что позволяет свести к минимуму брак), в узлах с защитой от проворачивания, а также при изготовлении штоков клапанов.

Титан 5-го класса прочнее, чем титан 2-го класса?

Титан марки 5 (Ti-6Al-4V) значительно прочнее, чем марка 2. Марка 2 представляет собой коммерчески чистый титан с минимальным пределом прочности при растяжении около 345 МПа (50 000 фунтов на квадратный дюйм), подходящий для применений, где важна коррозионная стойкость при умеренных нагрузках. Марка 5 в отожженном состоянии достигает минимального значения прочности на разрыв 895 МПа — это примерно в 2,6 раза превышает прочность на разрыв марки 2. Марка 2 сохраняет преимущества в отношении формуемости, свариваемости и биосовместимости для использования в качестве постоянных имплантатов (марка 23/ELI).

Какова плотность Ti-6Al-4V?

Плотность титана 5-го класса (Ti-6Al-4V) составляет 4,43 г/см³ (0,160 фунта/куб. дюйм). Это составляет примерно 57% от плотности стали (7,85 г/см³) — то есть титан примерно на 43% легче по объему — и значительно легче, чем суперсплавы на основе никеля, плотность которых обычно составляет от 8,1 до 8,9 г/см³. Именно благодаря этому преимуществу в плотности сплав широко используется в аэрокосмических конструкциях и вращающихся деталях, для которых вес имеет решающее значение.

Можно ли сваривать шестигранный стержень из титана марки Grade 5?

Шестигранный пруток из Ti-6Al-4V поддается сварке методом сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа (GTAW) и электронно-лучевой сварки (EBW). Для предотвращения загрязнения атмосферными газами необходимо обеспечить защиту зоны сварки, зоны термического влияния и корня шва инертным газом (аргоном или гелием). Для конструкционных применений рекомендуется проводить снятие остаточных напряжений после сварки при температуре 540–650 °C (1 000–1 200 °F). Сварка трением также широко используется для крепления головок крепежных элементов в аэрокосмической промышленности.

Подходит ли титан 5-го класса для изготовления медицинских имплантатов?

Марка Ti-6Al-4V класса 5 в соответствии с ISO 5832-3 одобрена для изготовления металлических компонентов хирургических имплантатов, таких как рукоятки инструментов, пробные имплантаты и корпуса временных имплантатов. Для постоянных несущих имплантатов (стебли тазобедренных и коленных суставов, костные винты), находящихся в прямом контакте с тканями, обычно назначается марка 23 (Ti-6Al-4V ELI, ASTM F136) благодаря более низкому содержанию кислорода и улучшенным усталостным характеристикам. Обе марки являются биосовместимыми и немагнитными, что обеспечивает совместимость с МРТ.