Ti-6Al-4V เป็นหนึ่งในโลหะผสมไทเทเนียมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด โดยมีคุณค่าในด้านความแข็งแรงเป็นพิเศษ-อัตราส่วนต่อน้ำหนัก ความต้านทานการกัดกร่อน และความสามารถในการแปรรูป การใช้งานครอบคลุมอุตสาหกรรมที่มีประสิทธิภาพสูงหลายแห่ง โดยการใช้งานหลักแบ่งประเภทได้ดังนี้:
นี่เป็นสนามหลักสำหรับ Ti-6Al-4V เนื่องจากมีความหนาแน่นต่ำ (~4.43 g/cm³) และความแข็งแรงสูง ทำให้เหมาะสำหรับการลดน้ำหนักเครื่องบินในขณะที่รับประกันความสมบูรณ์ของโครงสร้าง
ส่วนประกอบโครงเครื่องบิน: โครงลำตัว ปีกสปาร์ และชิ้นส่วนรับน้ำหนัก-วิกฤต{1}}ที่กั้นซึ่งต้องการความต้านทานต่อความล้าและการกัดกร่อนในชั้นบรรยากาศ
ส่วนประกอบเครื่องยนต์: ใบพัด แผ่นดิสก์ และปลอกคอมเพรสเซอร์ ความต้านทานการคืบของโลหะผสม (ความสามารถในการต้านทานการเสียรูปภายใต้ความร้อนและความเครียดในระยะยาว-) ทนทานต่ออุณหภูมิสูง (สูงถึง ~400 องศา ) และภาระทางกลในเครื่องยนต์ไอพ่น
อุปกรณ์ลงจอด: สตรัทและฉากยึด ซึ่งต้องการความแข็งแกร่ง-สูงและทนทานต่อแรงกระแทกเป็นพิเศษ เพื่อรองรับน้ำหนักของเครื่องบินในระหว่างการบินขึ้น ลงจอด และปฏิบัติการภาคพื้นดิน
ความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยมของ Ti-6Al-4V (เนื่องจากฟิล์มไทเทเนียมออกไซด์ที่เสถียร) ทำให้เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมทางเคมีที่รุนแรง:
อุปกรณ์เคมี: เครื่องปฏิกรณ์ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน และท่อที่จัดการของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อน (เช่น กรด สารละลายด่าง และคลอไรด์) ในโรงงานปิโตรเคมี ยา และเยื่อกระดาษ-และ-
การใช้งานนอกชายฝั่ง/ทางทะเล: หลุมผลิตใต้ทะเล แนวยกระดับ และอุปกรณ์ทางทะเล ทนทานต่อการกัดกร่อนของน้ำทะเลได้ดีกว่าเหล็กกล้าไร้สนิม หลีกเลี่ยงการกัดกร่อนแบบรูพรุนหรือรอยแยกในสภาพแวดล้อมของน้ำเค็ม
การผลิตกระแสไฟฟ้า: ใบพัดกังหันและท่อแลกเปลี่ยนความร้อนในโรงไฟฟ้าก๊าซ ไอน้ำ และนิวเคลียร์ ซึ่งทนทานต่ออุณหภูมิสูงและสารหล่อเย็นที่มีฤทธิ์รุนแรง
แม้ว่าจะพบได้น้อยในรถยนต์ที่ผลิตจำนวนมาก (เนื่องจากต้นทุนที่สูงขึ้น) Ti-6Al-4V ถูกใช้ในยานพาหนะที่มีสมรรถนะสูงเพื่อเพิ่มความเร็ว การประหยัดเชื้อเพลิง และความทนทาน:
อะไหล่รถแข่ง: ส่วนประกอบของระบบกันสะเทือน (สปริง แขนควบคุม) ระบบไอเสีย และเพลาขับ น้ำหนักเบาช่วยลดมวลที่ยังไม่ได้สปริง ทำให้ควบคุมได้ดีขึ้น ในขณะที่ความต้านทานความร้อนทนทานต่ออุณหภูมิไอเสียที่สูง
ส่วนประกอบของรถยนต์ไฟฟ้า (EV): ระบบระบายความร้อนด้วยแบตเตอรี่และชิ้นส่วนมอเตอร์ ความต้านทานการกัดกร่อนป้องกันการเสื่อมสภาพจากของเหลวหล่อเย็น และความหนาแน่นต่ำช่วยชดเชยน้ำหนักของแบตเตอรี่ EV
ต่างจาก Ti-6Al-7Nb (ปราศจากวานาเดียม) ปริมาณวานาเดียมของ Ti-6Al-4V ทำให้เกิดความกังวลเรื่องความเข้ากันได้ทางชีวภาพในระยะยาว (ความเสี่ยงของการชะล้างไอออน) ดังนั้น การใช้งานทางการแพทย์จึงถูกจำกัด:
เครื่องมือผ่าตัด: มีดผ่าตัด คีม และสว่านกระดูก มีน้ำหนักเบาเพื่อความสบายของศัลยแพทย์ ทนต่อการกัดกร่อน-ต่อการฆ่าเชื้อด้วยหม้อนึ่งความดัน และทนทานต่อการใช้งานซ้ำ
อุปกรณ์ระยะสั้น-: หมุดหรือแผ่นยึดกระดูกชั่วคราว (ใช้เป็นเวลาหลายสัปดาห์หรือหลายเดือนก่อนที่จะถอดออก) ซึ่งการชะล้างวานาเดียมในระยะยาว-ไม่เป็นอันตราย
เครื่องมือทันตกรรม: ดอกสว่านและเครื่องขูดทันตกรรม เนื่องจากทนทานต่อการกัดกร่อนจากน้ำลายและสารเคมีทำความสะอาด
Ti-6Al-4V ใช้ในอุปกรณ์กีฬาระดับไฮเอนด์เพื่อความแข็งแกร่งและน้ำหนักเบา:
จักรยานเกรดอากาศยาน-: เฟรมและส่วนประกอบ (ขาจาน แฮนด์) ที่สร้างสมดุลระหว่างความแข็งแกร่ง ความทนทาน และความเบาเพื่อการปั่นจักรยานแบบแข่งขัน
ไม้กอล์ฟ: หัวไม้กอล์ฟ (ไดรเวอร์, หัวเหล็ก) และก้าน ความแข็งแรงสูงช่วยให้ออกแบบผนังให้บางลง กระจายน้ำหนักได้อย่างเหมาะสมเพื่อการยิงระยะไกล
อุปกรณ์ปีนเขา: ขวานน้ำแข็ง ค้อน และสลักเกลียว ทนทานต่อการกัดกร่อนจากความชื้นและน้ำแข็ง และความแข็งแรงช่วยให้มั่นใจในความปลอดภัยในสภาวะที่รุนแรง
ความต้านทานแรงดึงของ Ti-6Al-4V คือไม่คงที่-มันขึ้นอยู่กับอัลลอยด์เป็นอย่างมากสถานะการรักษาความร้อนและวิธีการประมวลผล(เช่น การตีขึ้นรูป การผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ) ด้านล่างคือช่วงความต้านทานแรงดึงทั่วไปที่สอดคล้องกับมาตรฐานอุตสาหกรรม (เช่น ASTM B265 สำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม, ASTM F136 สำหรับเกรดทางการแพทย์-):
บันทึก: ความต้านทานแรงดึงอาจแตกต่างกันเล็กน้อยตามเกรด (เช่น ใช้ในเชิงพาณิชย์หรือทางการแพทย์) Ti-6Al-4V เกรดทางการแพทย์- (ASTM F136) มีการควบคุมสิ่งเจือปนที่เข้มงวดกว่า แต่ช่วงความต้านทานแรงดึงยังคงใกล้เคียงกับเกรดอุตสาหกรรม สำหรับการใช้งานที่สำคัญ ให้อ้างอิงมาตรฐานวัสดุเฉพาะเสมอ
ความแข็งของ Ti-6Al-4V เป็นการวัดความต้านทานต่อการเยื้องหรือการขีดข่วน และเช่นเดียวกับความแข็งแกร่ง มันจะแตกต่างกันไปด้วยการรักษาความร้อนและโครงสร้างจุลภาค- โดยทั่วไปแล้วจะวัดความแข็งโดยใช้สเกลทั่วไป 3 ระดับ ได้แก่ Brinell (HBW), Rockwell (HRC, HRB) และ Vickers (HV) ด้านล่างนี้คือค่าความแข็งทั่วไปสำหรับสถานะหลัก:
| สถานะการบำบัดความร้อน |
ความแข็งของบริเนล (HBW, รับน้ำหนัก 3000 กก.) |
ความแข็งแบบร็อกเวลล์ |
ความแข็งแบบวิกเกอร์ส (HV, โหลด 300 กรัม) |
หมายเหตุสำคัญ |
| อบอ่อน |
280 – 340 HBW |
29 – 35 เหล็กแผ่นรีดร้อน; 95 – 100 ฮ |
300 – 360 เอชวี |
ความแข็งและความเหนียวที่สมดุล ง่ายต่อการใช้งาน (เทียบกับสถานะที่ยากกว่า) |
| วิธีแก้ปัญหา-ได้รับการรักษาและผู้สูงอายุ (STA) |
350 – 400 HBW |
37 – 42 เหล็กแผ่นรีดร้อน |
370 – 430 เอชวี |
ยากขึ้นอย่างมากเนื่องจากการแข็งตัวของอายุ ความต้านทานการสึกหรอสูงขึ้นแต่มีความเหนียวน้อยลง |
| ร้อนแรง-ใช้งานได้ (เหมือน-ปลอมแปลง) |
270 – 330 HBW |
28 – 34 เหล็กแผ่นรีดร้อน; 94 – 99 HRB |
290 – 350 แรงม้า |
ความแข็งต่ำกว่าสถานะอบอ่อนเล็กน้อย เหนียวกว่าแต่ทนทานต่อการสึกหรอน้อยกว่า- |
| การผลิตแบบเติมเนื้อ (AM, ตามที่-สร้างขึ้น) |
300 – 360 HBW |
30 – 36 เหล็กแผ่นรีดร้อน |
320 – 380 เอชวี |
ความแข็งมักจะสูงกว่า Ti-6Al-4V ที่ผ่านการอบอ่อน 5–10% เนื่องจากมีโครงสร้างจุลภาคที่ละเอียดและแข็งตัวอย่างรวดเร็วในกระบวนการ AM ลดการหลอมหลังการอบอ่อนความแข็งเพื่อให้ตรงกับช่วงการอบอ่อน |
