Titanium Grade 2 of Grade 5: betaalt u misschien voor sterkte die u niet gebruikt?
Grade 5 is voor de meeste mensen het standaardtitanium. Het is ongeveer de helft van al het gebruikte titanium, het is wat “titanium” betekent in de luchtvaart, en het staat op tekeningen waar Grade 2 het werk zou doen voor minder geld en met minder gedoe.
Soms is die vervanging verkeerd. Vaak niet. Zo ziet u het verschil.
De twee legeringen
Grade 2 is commercieel zuiver titanium: ongeveer 99 % titanium met gecontroleerde gehaltes aan zuurstof en ijzer. Eenfasige alfastructuur. Zacht, taai, uitzonderlijk corrosiebestendig, goed te lassen en te vervormen.
Grade 5 is Ti-6Al-4V: 6 % aluminium, 4 % vanadium. Tweefasige alfa-bètastructuur, warmtebehandelbaar, ongeveer drie keer zo sterk als Grade 2.
| Grade 2 | Grade 5 (Ti-6Al-4V) | |
|---|---|---|
| Rekgrens | ~275 MPa | ~830 MPa |
| Treksterkte | ~345 MPa | ~900 MPa |
| Hardheid | ~145 HV | ~340 HV (~36 HRC) |
| Rek | ~20 % | ~14 % |
| Max. gebruikstemperatuur | ~300 °C | ~400 °C |
| Lasbaarheid | Uitstekend | Goed, vraagt zorg en inerte gasbescherming |
| Vervormbaarheid | Goed, koud | Slecht koud, warm vervormen nodig |
| Corrosiebestendigheid | De beste van de twee | Zeer goed, iets onder Gr 2 |
| Relatieve materiaalkosten | Basis | ~1,3–1,6× |
| Relatieve verspaningskosten | ~0,5–0,7× Grade 5 | Basis |
Bij twee regels is het de moeite waard even stil te staan. Grade 2 heeft een betere corrosiebestendigheid, geen slechtere: de legeringselementen verlagen die iets. En Grade 2 laat zich ongeveer twee keer zo makkelijk verspanen, wat bij een complex onderdeel zwaarder kan wegen dan de materiaalprijs.
Wanneer Grade 2 het juiste antwoord is
Corrosie is de eis en belasting niet. Leidingwerk in de chemische procesindustrie, onderdelen van warmtewisselaars, anodes, zeewaterfittingen, onderdelen voor ontziltingsinstallaties, scheepsbeslag. Is de taak van het onderdeel niet te corroderen, dan is de goedkopere en corrosiebestendigere legering ook de betere.
Het onderdeel wordt gelast. Grade 2 last gemakkelijk. Grade 5 last ook, maar de las en de warmte-beïnvloede zone verliezen taaiheid, en de procedure vraagt goede inerte gasbescherming aan voor- en achterzijde. Voor een lasconstructie neemt Grade 2 een hele categorie risico weg.
Het onderdeel wordt vervormd. Grade 2 kan koud worden vervormd. Grade 5 grotendeels niet.
De spanning is werkelijk laag. Beugels, deksels, behuizingen en afstandsstukken die vrijwel niets dragen maar bestand moeten zijn tegen chemie, of niet-magnetisch en licht moeten zijn.
Medische implantaten waar de norm het toelaat. Grade 2 en Grade 4 worden gebruikt voor implantaatonderdelen waar de sterkte dat toelaat; Grade 23 ELI dekt de gevallen die hoge sterkte vragen.
Wanneer Grade 5 zijn prijs waard is
Constructieve belasting. Alles wat een wezenlijke spanning draagt. Drie keer de rekgrens is geen kleine marge.
Vermoeiing. Cyclische belasting pleit sterk voor Grade 5.
Schroefdraad en kleine dragende kenmerken. Schroefdraad in Grade 2 vreet en scheurt uit bij belastingen waar Grade 5 zijn schouders over ophaalt.
Verhoogde temperatuur onder belasting.
Gewichtskritische constructies, waar de verhouding tussen sterkte en gewicht de hele reden is dat voor titanium werd gekozen.
De kwaliteiten daartussen
De keuze is niet binair.
Grade 9 (Ti-3Al-2.5V) zit in het midden: ongeveer 620 MPa rekgrens, nog steeds lasbaar en vervormbaar, veel gebruikt voor buizen en hydraulische leidingen. Inkopers die alleen 2 en 5 kennen, gebruiken het te weinig.
Grade 23 (Ti-6Al-4V ELI) is Grade 5 met minder zuurstof en ijzer, voor een betere breuktaaiheid en betere prestaties bij cryogene temperaturen. Standaard voor implantaten en een deel van de luchtvaart. Duurder, en met een krappere beschikbaarheid.
Grades 7 en 11 bevatten palladium voor bestendigheid in reducerende zuren, waar commercieel zuiver titanium moeite heeft.
Grade 12 bevat molybdeen en nikkel voor bestendigheid tegen spleetcorrosie bij verhoogde temperatuur.
Verspanen, in het kort
Beide legeringen delen de basiseigenschappen van titanium: lage warmtegeleiding, chemische reactiviteit, terugvering, en de harde eis dat het gereedschap in beweging blijft en een echte spaandikte houdt. Ti-6Al-4V verspanen (Engels) behandelt de parameters, en die gelden voor Grade 2 met snijsnelheden die ongeveer 50–80 % hoger liggen.
Het specifieke probleem van Grade 2 is dat het smeert. Het bouwt op aan de snijkant en scheurt in plaats van te schuiven, zodat de oppervlakteafwerking slecht kan uitvallen als het gereedschap niet scherp is. Het probleem van Grade 5 is warmte en gereedschapsslijtage. Verschillende klachten, dezelfde oplossing: scherp gereedschap, voldoende voeding, koeling onder druk.
Bij dunwandige onderdelen maakt de lagere stijfheid van Grade 2 de doorbuiging erger in plaats van beter; zie dunwandig titanium (Engels).
Hoe u beslist, in één vraag
Waartegen wordt het onderdeel beschermd: belasting of chemie?
Is het antwoord chemie, begin dan bij Grade 2 en ga alleen omhoog als een sterkteberekening u daartoe dwingt. Is het antwoord belasting, begin dan bij Grade 5.
Is het antwoord allebei, zeg dat dan in de offerteaanvraag, samen met de omgeving en de belastingen. Dat is het soort vraag waarbij de engineer op uw aanvraag kan helpen voordat de tekening wordt bevroren, en het is veel goedkoper om het dan te vragen dan na het eerste stuk.
Achtergrond: titaniumlegeringen (Engels).
Stuur de tekening en wat het onderdeel doet: u krijgt binnen 24 werkuren een offerte met prijs, en als een goedkopere kwaliteit uw toepassing aankan, zeggen wij het u daarin.