Titanium Ti64ELI-poeder is een belangrijk technisch materiaal dat in verschillende industrieën wordt gebruikt vanwege zijn unieke eigenschappen en kenmerken. Dit artikel biedt een uitgebreid technisch overzicht van Titanium Ti64ELI-poeder over de samenstelling, eigenschappen, toepassingen, specificaties, prijzen, voordelen en beperkingen.
Overzicht van Titanium Ti64ELI-poeder
Titanium Ti64ELI-poeder, ook bekend als Titanium 6Al-4V ELI-poeder, is een titaniumlegering die aluminium en vanadium als legeringselementen bevat. Het heeft een uitstekende sterkte-gewichtsverhouding, weerstand tegen vermoeidheid, breuktaaiheid en corrosieweerstand. Ti64ELI-poeder is de extra lage interstitiële variant van Ti64 met lagere niveaus van zuurstof, stikstof, koolstof en ijzer.
Ti64ELI wordt gebruikt voor additieve productie, metaalspuitgieten, warm en koud isostatisch persen en andere poedermetallurgische processen. Het kan in 3D worden geprint tot volledig dichte, complexe onderdelen met fijne microstructuren en mechanische eigenschappen die vergelijkbaar zijn met gesmeed Ti64-producten. De combinatie van lichtgewicht, sterkte en corrosiebestendigheid van Ti64ELI maakt het geschikt voor toepassingen in de ruimtevaart, medische, tandheelkundige, sportartikelen, automobiel- en maritieme toepassingen.
Enkele belangrijke kenmerken van Titanium Ti64ELI-poeder zijn:
- Uitstekende biocompatibiliteit en osseo-integratie
- Mogelijkheid om ingewikkelde geometrieën in 3D te printen die niet mogelijk zijn met gieten/bewerking
- Consistente samenstelling en microstructuur in 3D-geprinte onderdelen
- Goede vermoeiingssterkte en breuktaaiheid
- Lagere interstitiële elementen dan Ti64 voor superieure ductiliteit
- Compatibiliteit met heet isostatisch persen (HIP) en warmtebehandelingen
- Conformiteit met ASTM-normen voor chemie en deeltjesgrootte
Samenstelling van titanium Ti64ELI-poeder
De typische chemische samenstelling van titanium Ti64ELI-poeder is:
| Element | Gewicht % |
|---|---|
| Titaan (Ti) | Evenwicht |
| Aluminium (Al) | 5.5-6.75% |
| Vanadium (V) | 3.5-4.5% |
| Zuurstof (O) | ≤ 0,13% |
| Stikstof (N) | ≤ 0,05% |
| Koolstof (C) | ≤ 0,08% |
| Ijzer (Fe) | ≤ 0,25% |
De belangrijkste legeringselementen zijn aluminium en vanadium. Aluminium verhoogt de sterkte en verlaagt de dichtheid. Vanadium verbetert de sterkte en ductiliteit. De lage interstitiële elementen zuurstof, stikstof en koolstof in Ti64ELI zorgen voor een betere ductiliteit vergeleken met Ti64.
Eigenschappen van titanium Ti64ELI-poeder
Titanium Ti64ELI-poeder heeft de volgende eigenschappen:
| Eigendom | Waarde |
|---|---|
| Dikte | 4,43 g/cm3 |
| Smeltpunt | 1604-1660°C |
| Warmtegeleiding | 6,7 W/mK |
| Elektrische weerstand | 170 μΩ-cm |
| Young-modulus | 114 GPa |
| Treksterkte | 895-930 MPa |
| Opbrengststerkte | 825-875 MPa |
| Verlenging | 10-15% |
| Poisson-ratio | 0.32-0.34 |
| Vermoeidheid Sterkte | 400 MPa |
Hoofdzaken:
- Lage dichtheid vergeleken met staal
- Behoudt sterkte en taaiheid bij cryogene temperaturen
- Sterker dan commercieel zuiver titanium
- Lagere ductiliteit dan gesmeed Ti64, maar voldoende voor de meeste toepassingen
- Uitstekende corrosiebestendigheid door stabiele beschermende oxidelaag
Toepassingen van Titanium Ti64ELI-poeder
| Industrie | Toepassingen | Hefboomeffecten |
|---|---|---|
| Lucht- en ruimtevaart | * Motoronderdelen (ventilatorbladen, compressorschijven) * Vliegtuigconstructies (landingsgestelonderdelen, vleugelribben) * Turbines (behuizingen, bladen) * Bevestigingsmiddelen * Tandwielen * Hydraulische systemen (leidingen, fittings) | * Hoge sterkte-gewichtsverhouding: Vermindert gewicht met behoud van structurele integriteit voor een betere brandstofefficiëntie en laadvermogen. * Uitstekende weerstand tegen vermoeiing: Weerstaat herhaalde stresscycli tijdens de vlucht, waardoor de levensduur van de onderdelen wordt verlengd. * Superieure weerstand tegen corrosie: Presteert goed in ruwe omgevingen met hoge vochtigheid en blootstelling aan ontdooiingsvloeistoffen. |
| Medisch & tandheelkundig | * Orthopedische implantaten (botplaten, schroeven, heupprothesen) * Prothesen (knieën, heupen, armen) * Chirurgische instrumenten (scalpels, tangen) * Tandheelkundige implantaten | * Biocompatibiliteit: Veilig voor implantatie in het lichaam, met een minimaal risico op afstoting. * Uitstekende sterkte en taaiheid: Biedt ondersteuning en stabiliteit voor botten en gewrichten. * Corrosiebestendigheid: Gaat bacteriegroei tegen en zorgt ervoor dat het implantaat lang meegaat in het lichaam. * Vormbaarheid: Maakt het mogelijk om complexe, patiëntspecifieke implantaten te maken door middel van additieve productie. |
| Automobiel | * Kleppen (inlaat, uitlaat) * Drijfstangen * Onderdelen voor raceauto's (ophangingsonderdelen, rolkooien) | * Hoge sterkte-gewichtsverhouding: Vermindert gewicht voor betere prestaties en handling. * Uitzonderlijke vermoeiingssterkte: Weerstaat de hoge spanningen die optreden tijdens het rijden en racen. * Goede hittebestendigheid: Behoudt prestaties in hete motoromgevingen. * Corrosiebestendigheid: Weerstaat blootstelling aan strooizouten en andere corrosieve elementen. |
| Marien | * Propellers * Pompen * Assen * Buizen & Hulpstukken | * Uitstekende weerstand tegen corrosie: Presteert goed in zoutwateromgevingen, voorkomt degradatie en zorgt voor een lange levensduur. * Hoge sterkte-gewichtsverhouding: Vermindert het gewicht van onderdelen voor een betere stabiliteit van het schip en een lager brandstofverbruik. * Goede vermoeiingssterkte: Weerstaat de constante spanningen die optreden bij golfslag en oceaanstromingen. * Weerstand tegen cavitatie: Behoudt structurele integriteit wanneer het blootgesteld wordt aan de vorming en instorting van bellen in water. |
| Chemische verwerking | * Warmtewisselaars * Afsluiters * Leidingen voor corrosieve chemicaliën | * Uitzonderlijke weerstand tegen corrosie: Bestand tegen aanvallen van een breed scala aan chemicaliën, voor een veilige en betrouwbare werking. * Hoge sterkte en taaiheid: Behoudt structurele integriteit onder druk en bij hoge temperaturen. * Biocompatibiliteit (in bepaalde toepassingen): Geschikt voor het verwerken van chemicaliën die worden gebruikt bij de productie van farmaceutische producten en medische apparatuur. |
| Sportartikelen | * Golfclubs (drivers, ijzers) * Fietsframes * Tennisrackets | * Hoge sterkte-gewichtsverhouding: Creëert een lichtgewicht uitrusting voor verbeterde swingsnelheid en kracht. * Goede vermoeiingssterkte: Weerstaat de herhaalde schokken tijdens het gebruik. * Afstembare stijfheid: Maakt het mogelijk om de uitrusting aan te passen aan de individuele voorkeuren van de speler. * Corrosiebestendigheid (in bepaalde toepassingen): Garandeert duurzaamheid van de uitrusting in verschillende weersomstandigheden. |
Specificaties van Titanium Ti64ELI-poeder
Titanium Ti64ELI-poeder is verkrijgbaar in de volgende specificaties:
| Parameter | Details |
|---|---|
| Deeltjesgroottes | 15-45 micron |
| Productie methode | Gasverneveling |
| Deeltjesvorm | Bolvormig |
| Grootteverdeling | D10: 20 micron, D50: 35 micron, D90: 40 micron |
| Schijnbare dichtheid | ~2,2 g/cc |
| Tik op Dichtheid | ~3,2 g/cc |
| Vloeibaarheid | Uitstekend |
| Normen | ASTM B348 klasse 23 |
Grotere deeltjesgroottes van 63-106 micron kunnen op maat worden geproduceerd op basis van toepassingsvereisten. Er zijn fijnere deeltjesgroottes beschikbaar voor metaalspuitgietgrondstoffen.
Leveranciers en prijzen van titanium Ti64ELI-poeder
Enkele van de belangrijkste leveranciers en prijsgegevens voor titanium Ti64ELI-poeder zijn:
| Leverancier | Prijzen |
|---|---|
| AP&C | $88/kg voor bestellingen >1000 kg |
| Arcam AB | $75/kg voor bestellingen >500 kg |
| TLS-techniek | € 100/kg voor bestellingen >100 kg |
| LPW-technologie | £70-90/kg voor bestellingen >100 kg |
| CNPC-poeder | $80-100/kg voor >100kg |
Prijzen variëren van $70-100 per kg, op basis van bestelhoeveelheid, deeltjesgrootteverdeling en locatie. Kleine hoeveelheden en onderzoeksmonsters kunnen meer dan $500/kg kosten.
Vergelijking tussen titanium Ti64- en Ti64ELI-poeders
Hier is een vergelijking tussen Ti64ELI en Ti64 titaniumlegeringen:
| Parameter | Ti64ELI | Ti64 |
|---|---|---|
| Interstitiële O, C, N | Lager | Hoger |
| Ductiliteit | Hoger | Lager |
| Taaiheid | Beter | Arm |
| Lasbaarheid | Uitstekend | Gematigd |
| Corrosieweerstand | Vergelijkbaar | Vergelijkbaar |
| Kracht | Vergelijkbaar | Vergelijkbaar |
| Kosten | Hoger | Lager |
| AM-geschiktheid | Uitstekend | Gematigd |
Voordelen van Ti64ELI ten opzichte van Ti64
| Functie | Ti64ELI | Ti64 |
|---|---|---|
| Vervormbaarheid en taaiheid | Superieur | Lager |
| Beschrijving | Ti64ELI heeft een groter vermogen om onder spanning te vervormen zonder te breken (ductiliteit) en een superieure weerstand tegen scheurgroei (taaiheid). Dit maakt het ideaal voor toepassingen die te maken hebben met schokken of hoge spanning, waardoor het risico op catastrofaal falen afneemt. | Beschrijving |
| Lasbaarheid | Uitstekend | Gematigd |
| Beschrijving | Door de lagere concentraties van tussenliggende elementen zoals zuurstof, stikstof en koolstof, last Ti64ELI met minimale scheurvorming of brosheid. Hierdoor kunnen complexe structuren worden gemaakt door meerdere Ti64ELI onderdelen samen te voegen met behoud van sterke en betrouwbare verbindingen. | Beschrijving |
| Geschiktheid voor Additive Manufacturing (AM) | Uitstekend | Gematigd |
| Beschrijving | Het lagere interstitiële gehalte en de superieure taaiheid van Ti64ELI maken het een uitstekende keuze voor 3D printprocessen zoals poederbedfusie. Dit vertaalt zich in een lager risico op barsten tijdens het printproces en afgewerkte onderdelen met betere mechanische eigenschappen. | Beschrijving |
| Weerstand tegen waterstofbrosheid | Bestendiger | Minder Bestand |
| Beschrijving | De lagere interstitiële inhoud van Ti64ELI minimaliseert waterstofabsorptie, een belangrijke oorzaak van verbrossing (verlies van vervormbaarheid) in titaanlegeringen. Dit is cruciaal voor onderdelen die worden blootgesteld aan waterstofomgevingen, zoals onderdelen die worden gebruikt in chemische processen of diepzeetoepassingen. | Beschrijving |
| Reactie op warmtebehandeling | Kan hogere krachtniveaus bereiken | Lagere haalbare kracht |
| Beschrijving | Door het lagere interstitiële gehalte kan Ti64ELI warmtebehandeld worden om hogere sterktes te bereiken in vergelijking met Ti64. Dit maakt een breder scala aan mechanische eigenschappen mogelijk, afhankelijk van de specifieke behoeften van de toepassing. | Beschrijving |
| Kosten | Hoger | Lager |
| Beschrijving | De strengere controle van interstitiële elementen en de extra processtappen die nodig zijn om Ti64ELI te produceren, leiden tot hogere materiaalkosten in vergelijking met Ti64. | Beschrijving |
Beperkingen van Ti64ELI vs Ti64
| Eigendom | Ti64 | Ti64ELI |
|---|---|---|
| Treksterkte (MPa) | 896-1034 | 827-965 |
| Opbrengststerkte (MPa) | 758-903 | 703-831 |
| Verlenging (%) | 10-15 | 15-20 |
| Taaiheid (breuktaaiheid) | Gematigd | Hoog |
| Lasbaarheid | Goed | Uitstekend |
| Vervormbaarheid | Goed | Uitstekend |
| Biocompatibiliteit | Goed | Uitstekend |
Voor- en nadelen van Titanium Ti64ELI-poeder
| Pluspunten | Nadelen |
|---|---|
| Uitstekende verhouding sterkte/gewicht | Hoge kosten |
| Superieure corrosiebestendigheid | Reactiviteit bij hoge temperaturen |
| Complexe geometrieën ontsluiten met 3D printen | Lagere vervormbaarheid vergeleken met zuiver titanium |
| Biocompatibel en bevordert osseo-integratie | Uitdagingen in verspaning |
| Consistente materiaaleigenschappen | Gevoeligheid voor waterstofbrosheid |
Veelgestelde vragen
Vraag: Wat is het verschil tussen Ti64ELI en Ti64?
A: Ti64ELI heeft minder interstitiële zuurstof, stikstof en koolstof vergeleken met Ti64. Dit geeft Ti64ELI een betere ductiliteit en breuktaaiheid.
Vraag: Wat zijn de toepassingen van Ti64ELI-poeder?
A: Belangrijke toepassingen zijn onderdelen voor de lucht- en ruimtevaart, medische implantaten, auto-onderdelen en 3D-printen. Het wordt veel gebruikt in industrieën waar hoge sterkte, laag gewicht en corrosiebestendigheid vereist zijn.
Vraag: Welke deeltjesgrootte wordt gebruikt voor AM?
A: Deeltjesgroottes van 15-45 micron worden aanbevolen voor AM-processen met poederbedfusie, zoals selectief lasersmelten (SLM) en elektronenstraalsmelten (EBM).
Vraag: Wat zijn de voordelen van Ti64ELI ten opzichte van roestvrij staal?
A: Ti64ELI heeft een hogere sterkte-gewichtsverhouding, betere corrosieweerstand en superieure biocompatibiliteit in vergelijking met roestvrij staal. Ti64ELI is echter ook duurder.
Vraag: Welke nabewerking is vereist voor Ti64ELI AM-onderdelen?
A: AM-onderdelen hebben mogelijk heet isostatisch persen (HIP), warmtebehandelingen en machinale bewerking nodig om de vereiste afmetingen, oppervlakteafwerking en materiaaleigenschappen te bereiken.
Vraag: Kunnen Ti64ELI-onderdelen worden gelast voor reparatie of verbinding?
A: Ja, Ti64ELI heeft uitstekende lasbaarheid. Laserlassen, elektronenstraallassen en booglassen kunnen worden gebruikt om Ti64ELI-onderdelen te lassen. Een goede afscherming is noodzakelijk om oxidatie te voorkomen.
Conclusie
Samenvattend biedt titanium Ti64ELI-poeder een uitstekende combinatie van hoge sterkte, laag gewicht, corrosieweerstand, biocompatibiliteit, verwerkbaarheid en warmtebehandelbaarheid. De toepassingen ervan omvatten de lucht- en ruimtevaart-, medische, automobiel-, chemische en consumentensector. Met additieve productie kunnen complexe Ti64ELI-onderdelen rechtstreeks vanuit CAD-gegevens in 3D worden geprint voor on-demand productie van lichtgewicht structurele componenten. Ti64ELI is echter duurder dan Ti64 en lastig te bewerken. Over het geheel genomen biedt Ti64ELI mogelijkheden die verder gaan dan de grenzen van conventionele titaniumlegeringen.
