Обработка титана Grade 5 (Ti-6Al-4V)

Также известен как Ti-6Al-4V · UNS R56400 · EN 3.7164

DEK обрабатывает титан Grade 5, то есть Ti-6Al-4V (UNS R56400) и его вариант ELI, на станках с ЧПУ: аэрокосмические фитинги, компоненты имплантатов, гоночные детали. Точность ±0,005 мм по запросу, работа по AS9100D и ISO 13485, без минимальной партии, прототипы за 3–5 дней.

Запросить расчёт
Titanium bike bracket isolated on white background
  • UNS R56400
  • EN 3.7164 (3.7165)
  • ASTM B348 Gr 5
  • AMS 4928
  • JIS Class 60
  • не менее 895 МПа
    Предел прочности при растяжении
  • не менее 828 МПа
    Предел текучести
  • 10–14%
    Относительное удлинение
  • 33–36 HRC
    Твёрдость
  • 4.43 g/cm³
    Плотность

Возможности и допуски DEK для Grade 5

Допуски, шероховатость поверхности и сроки, которые DEK выдерживает при обработке Ti-6Al-4V на станках с ЧПУ: 5-осевое фрезерование, точение на автоматах швейцарского типа и проволочная электроэрозия.

  • Фрезерованные/точеные элементы

    ±0.025 мм

    стандарт

  • Жёсткий допуск

    ±0.005 мм

    по запросу

  • Точение на швейцарских автоматах

    ±0.003 mm

    мелкие элементы

  • Профиль при 5-осевой обработке

    ±0,01 мм

    контурные детали

  • Отверстия и посадки валов

    H7 / g6

    типовые посадки

  • Шероховатость поверхности

    Ra 0.2–0.4 µm

    после механообработки

  • Шлифование или полирование

    Ra 0.2–0.4 µm

    после шлифования

  • Срок изготовления прототипа

    3–5 дней

    без минимальной партии

Свойства Ti-6Al-4V и эквивалентные обозначения

Данные о свойствах Grade 5 (Ti-6Al-4V) в отожжённом состоянии, со значениями Grade 23 (Ti-6Al-4V ELI) для имплантатов.

  • Five precision machined titanium washers on white
  • Circular titanium flange with bolt holes and slots
  • Titanium flange with bolt holes and machined features
  • Titanium machined part isolated on white background
Механические свойства
  • Предел прочности при растяжении 895–1000 МПа (мин. 895)
  • Предел текучести 828–930 МПа (мин. 828)
  • Относительное удлинение 10–14%
  • Твёрдость 33–36 HRC
  • Твёрдость (по Бринеллю) прибл. 334 HB
  • Обрабатываемость (сталь 1212 = 100%) ~20–25%
Физические и термические свойства
  • Плотность 4.43 g/cm³
  • Модуль упругости 114 ГПа
  • Теплопроводность 6.7 W/m·K
  • Макс. рабочая температура 350–400 °C
Химический состав
  • Алюминий (Al) 5.5–6.75%
  • Ванадий (V) 3.5–4.5%
  • Железо (Fe) ≤0.30%
  • Кислород (O) ≤0.20%
  • Титан (Ti) остальное
Grade 23 (Ti-6Al-4V ELI)
  • Обозначения UNS R56401
  • Стандарты ASTM F136 / AMS 4930
  • Кислород / железо ≤0.13% O, ≤0.25% Fe
  • Предел прочности при растяжении не менее 860 МПа
  • Предел текучести не менее 795 МПа
  • Относительное удлинение 10–15%
  • Твёрдость 32–35 HRC

Почему титан Grade 5 трудно обрабатывать

Как Grade 5 ведёт себя при резании: нагрев режущей кромки, химически активная стружка и упругий отжим, а также схемы установки, которыми DEK держит эти факторы под контролем.

Теплопроводность титана 6,7 Вт/(м·К), примерно в семь раз ниже, чем у стали, поэтому тепло резания концентрируется у режущей кромки: температура там превышает 1000 °C, и твёрдый сплав разупрочняется. Горячий титан к тому же химически взаимодействует с материалом инструмента, и стружка наваривается на кромку.

При модуле упругости 114 ГПа деталь прогибается примерно вдвое сильнее стальной и пружинит за инструментом, поэтому жёсткая схема установки на 5-осевых станках обязательна.

  • 40–80 м/мин при черновой обработке твёрдым сплавом, подача СОЖ под высоким давлением через инструмент
  • Острый мелкозернистый твёрдый сплав, замена по фиксированному графику износа; работа без выстоя инструмента
  • Короткий вылет, закрепление по всей опорной поверхности, попутное фрезерование, постоянная нагрузка на инструмент
  • Тонкие стенки обрабатываются попеременными проходами с припуском 0,2–0,3 мм на чистовой проход
  • Скорость резания

    40–80 м/мин

    Черновая обработка твёрдым сплавом

  • Обрабатываемость

    ~20–25%

    относительно стали 1212 = 100%

  • Теплопроводность

    6.7 W/m·K

    Тепло остаётся у кромки инструмента

  • Температура кромки

    свыше 1000 °C

    Твёрдый сплав размягчается

  • Припуск на чистовую обработку

    0.2–0.3 mm

    Тонкие стенки, с обеих сторон

  • Время цикла и оснастка

    3–5×

    по сравнению с деталью из мягкой стали

Типовые детали из титана Grade 5

Детали из Ti-6Al-4V, которые DEK обрабатывает для аэрокосмической, медицинской и автоспортивной отраслей, где нагрузка или нагрев исключают алюминий.

Когда выбирать титан Grade 5 или Grade 2

Выбор между титаном Grade 5 и Grade 2 — это прочность против технологичности и стоимости: выбирайте Grade 5, когда деталь несёт конструкционную или усталостную нагрузку, и ELI для имплантатов и криогенных условий.

Criteria Эта маркаGrade 5 Grade 23 ELI Марка 2 Марка 1
Тип Альфа-бета Сплав ELI Чистый Ti Чистый Ti
Предел прочности 895 MPa min 860 MPa min 345 МПа Мягче
Предел текучести 828 MPa min 795 MPa min – –
Обрабатываемость ~20–25% ~20–25% ~25–30% –
Технологичность Ниже Лучше Проще Максимум
Типичное применение Конструкционные Имплантаты Химия Формовка

Термообработка и финишная обработка поверхности

Для Grade 5 отделка служит идентификации и усталостной прочности, а не защите от коррозии; всё выполняется на деталях, которые обрабатывает DEK.

Запросить расчёт обработки титана Grade 5

Пришлите чертёж в STEP, IGES или PDF с указанием сплава (5 или 23 ELI), состояния, допусков и отделки. Инженер проверит тонкие стенки и резьбы и рассчитает цену в течение 6 часов.

Grade 5 titanium implant screw and abutment on dark table

Обработка Ti-6Al-4V на станках с ЧПУ в DEK

Grade 5 — альфа-бета-сплав: алюминий стабилизирует альфа-фазу и обеспечивает прочность и сопротивление ползучести, ванадий стабилизирует бета-фазу и улучшает деформируемость. На него приходится примерно половина всего титана, применяемого в мире.

Почему обработку титана 6-4 заказывают в DEK
  • Сертификаты AS9100D, ISO 13485 и ISO 9001:2015 от TÜV; Grade 5 — еженедельная серийная работа, а не разовый заказ
  • Спектрометрическая проверка каждой партии Grade 5 и ELI; контроль на КИМ с этапами IQC, IPQC, FAI и OQC
  • Расчёт, проверенный инженером, в течение 6 часов с учётом реального машинного времени и оснастки для титана
  • Без минимальной партии; прототипы за 3–5 дней, доставка по всему миру за 3–7 дней

Заказы из титана проходят тот же процесс, что и любой заказ в рамках услуг обработки на станках с ЧПУ DEK.

Маршруты обработки и термообработка

Большинство деталей из Grade 5 обрабатывают в отожжённом состоянии. Термообработку выполняют до чистовой механообработки: альфированный слой, образующийся на воздухе, хрупок и должен быть удалён.

  • Проволочная электроэрозия для тонких пазов и профилей, которые отжимались бы под фрезой; переплавленный слой удаляется там, где важна усталостная прочность
  • Резьбофрезерование (свыше M6 предпочтительнее нарезания метчиком), глубокое сверление, круглое и плоское шлифование
  • 3- и 4-осевое фрезерование плит и корпусов размером примерно до 1000 мм
  • Raw titanium Grade 5 round bar stock before machining Исходная заготовка
    5-axis CNC milling of a helical aluminum part Обработано на станках с ЧПУ
    Finished Grade 5 titanium parts lined up on dark table Готовые детали
  • Raw titanium Grade 5 billet blocks before CNC machining Исходная заготовка
    Swiss-type lathe turning a small brass part Обработано на станках с ЧПУ
    Heat treated finished titanium Grade 5 machined parts display Готовые детали

Часто задаваемые вопросы

Распространённые вопросы инженерных и закупочных команд о титане Grade 5 и Grade 23.

Насколько сложнее обрабатывать Ti-6Al-4V по сравнению со сталью?
Показатель его обрабатываемости составляет около 20–25% от автоматной стали 1212. Низкая теплопроводность концентрирует тепло на кромке инструмента, сплав реагирует с материалами инструмента, а низкий модуль упругости вызывает упругий возврат и вибрацию. Время цикла и затраты на инструмент обычно в 3–5 раз выше, чем для детали из мягкой стали.
В чём разница между титаном Grade 5 и Grade 23 (ELI)?
Тот же сплав Ti-6Al-4V, но в Grade 23 содержание кислорода ограничено 0,13%, а железа — 0,25%, что немного снижает предел текучести (795 против 828 МПа) и повышает вязкость разрушения и пластичность. Grade 23 нормируется для имплантатов по ASTM F136 и для криогенных деталей.
Какие допуски вы выдерживаете при обработке титана Grade 5?
±0,025 мм стандартно и ±0,005 мм по запросу на фрезерованных и точёных элементах, ±0,003 мм на мелких элементах при точении на швейцарских автоматах и ±0,01 мм по профилю на 5-осевых контурах. В титане это достижимо за счёт жёсткого закрепления и поэтапных чистовых проходов.

Другие материалы