Titanyum, hafiflik ve korozyon direncinin birlikte gerektiği yerde rakipsizdir: implant ve cerrahi aletler, uçak yapısal parçaları, kimya tesisi armatürleri, deniz suyu pompaları, yüksek performanslı bisiklet ve motor parçaları. Ancak talaşlı imalatta “zor malzeme” sınıfının başında gelir. Paslanmaz çelik ve alüminyum yazılarımızın devamı olan bu yazı, alıcı ve tasarımcı için titanyumun pratik yönlerini ele alıyor.
Grade 2 ve Grade 5: Özellikler
| Özellik | Grade 2 (ticari saf, 3.7035) | Grade 5 (Ti-6Al-4V, 3.7165) |
|---|---|---|
| Bileşim | %99+ Ti, düşük O/Fe | %6 Al, %4 V |
| Çekme dayanımı | 345–480 MPa | 895–1.000 MPa (tavlı) |
| Yoğunluk | 4,51 g/cm³ | 4,43 g/cm³ |
| Korozyon direnci | Mükemmel (klorür, deniz suyu, oksitleyici asit) | Çok iyi |
| Sertlik | ~145 HB | ~330 HB |
| Kaynaklanabilirlik | Çok iyi | İyi (koruyucu gaz zorunlu) |
| İşlenebilirlik (C45 = 100) | ~35–40 | ~20–25 |
| Tipik kullanım | Kimya, deniz, ısı eşanjörü, medikal (Grade 2/4) | Havacılık, implant (ELI türü Grade 23), motor sporları |
| Standart | ASTM B348, DIN 17862 | ASTM B348, AMS 4928 |
Medikal implantlarda Grade 5 yerine daha düşük oksijenli Grade 23 (Ti-6Al-4V ELI) kullanılır; cerrahi aletlerde Grade 2 ve Grade 4 yaygındır. Medikal cihaz parçaları yazımızda belge gereksinimleri anlatılır.
Titanyum İşlemeyi Zorlaştıran Nedenler
- Düşük ısıl iletkenlik: Kesme ısısı talaşla uzaklaşmaz, kesici kenarda birikir; takım ömrü kısalır.
- Kimyasal reaktiflik: Yüksek sıcaklıkta takım malzemesiyle reaksiyona girer, yapışma (BUE) ve krater aşınması oluşur.
- Düşük elastisite modülü: Çeliğin yarısı; ince cidarlı parçalar kesme kuvveti altında esner, titreşim ve ölçü sapması yaratır.
- Yüksek dayanım/ağırlık ve pekleşme: Kesme kuvvetleri yüksektir, tekrarlı yüzeye dokunma sertleşme yaratır.
- Yanıcılık: İnce talaş ve toz tutuşabilir; soğutma sıvısı ve talaş yönetimi güvenlik konusudur.
Kesme Parametreleri ve Takım Seçimi
- Kesme hızı: Grade 2 için 60–90 m/dk, Grade 5 için 40–70 m/dk (kaplamasız veya PVD kaplamalı karbür). Çeliğin (200–300 m/dk) çok altındadır.
- İlerleme ve talaş derinliği: Orta–yüksek ilerleme, sabit talaş derinliği; küçük ilerleme pekleşmeyi artırır.
- Takım: İnce taneli karbür, keskin pozitif kesici geometri, yüksek helis; PVD TiAlN veya AlCrN kaplama. Frezede yüksek verimli işleme (HEM/trokoidal) stratejisi standarttır.
- Rijitlik: Kısa takım boyu, güçlü bağlama, tırlamayı önleyen yaklaşım.
- Talaş kontrolü: Uzun, sert talaş; tornada talaş kırıcı geometri ve yüksek basınçlı soğutma.
Soğutma
Bol ve yüksek basınçlı (70+ bar) soğutma sıvısı hem takım ömrü hem güvenlik için kritiktir; kuru işleme titanyumda önerilmez. Yüksek basınçlı soğutma talaşı kırar ve ısıyı uzaklaştırır; kayar otomatta yağ soğutma yaygındır. Talaşlar ayrı toplanır ve depolanır; titanyum talaşı geri dönüşümde değerlidir ancak yangın riski nedeniyle kuru ve ayrı tutulmalıdır.
Tolerans ve Yüzey
Titanyumda ±0,01–0,02 mm toleranslar ulaşılabilir ancak ince cidarda esneme ve ısıl genleşme dikkate alınmalıdır. Ra 0,8 µm tornada rutin, Ra 0,4 µm dikkatli parametrelerle mümkündür. Titanyum taşlamaya karşı hassastır (yanma, çatlama); mümkünse taşlama yerine hassas tornalama tercih edilir. Kenar kırma ve çapak alma özen ister; medikal parçalarda elektropolisaj veya eloksal (renkli titanyum anodizasyonu) uygulanır.
Malzeme Tedariki ve Sertifika
Türkiye’de titanyum yerli üretilmez; çubuk ve levha Avrupa, ABD veya Asya’dan ithal edilir. Standart çaplarda (Ø10–100 mm Grade 5, Grade 2) stok bulunabilir; özel ölçü 4–10 hafta sürer. Fiyat çeliğin 15–30 katı, 6082 alüminyumun 8–15 katı düzeyindedir ve oynaktır. Sertifika: ASTM B348 veya AMS spesifikasyonuna göre kimyasal analiz ve mekanik test içeren 3.1 sertifikası; medikal ve havacılıkta ergitme lot numarası ve izlenebilirlik zorunludur. Kritik projelerde müşterinin malzemeyi kendi onaylı kaynağından sağlaması (free-issue) yaygın ve önerilen yoldur.
Fiyat Yapısı
Titanyum parça fiyatının yaklaşık %30–50’si malzeme, %40–60’ı işleme süresi ve takım maliyetidir. Aynı geometrideki parça çeliğe göre 4–8 kat, alüminyuma göre 6–12 kat pahalı olabilir. Tasarımcının yapabileceği en büyük tasarruf, talaş oranını düşürmektir: çubuğa yakın geometri, dövme/ön şekillendirilmiş ham parça veya katmanlı imalat + finiş işleme. DFM yazımızda diğer öneriler var.
Fason Tedarikçiden Titanyum Parça Alırken
- Titanyum deneyimini somut sorun: Hangi kalite, hangi parçalar, yıllık ne kadar?
- Yüksek basınçlı soğutma ve uygun takım altyapısı var mı?
- Malzeme kaynağı ve sertifika zinciri nasıl? Free-issue kabul ediyor mu?
- Talaş yönetimi ve malzeme ayrımı (çelikle karışmaması) nasıl sağlanıyor?
- Numune ile ölçüm raporu ve yüzey ölçümü isteyin; titanyumda ilk parça performansı seriyi belirler.
TORNELLE’nin ana malzemeleri çelik, paslanmaz, alüminyum ve pirinçtir; titanyum projelerini geometri, adet ve malzeme temini açısından proje bazında değerlendirir, uygun olmayan işlerde bunu açıkça söyleriz.
Tasarımcı İçin Titanyum Notları
- Cidar kalınlığını 1,5 mm altına düşürmeyin; esneme ve titreşim ölçüyü bozar.
- Köşe radyüslerini büyük tutun; keskin iç köşe hem takım hem yorulma ömrü için sorundur.
- Dişlerde tam diş derinliği yerine %60–70 diş dolgusu yeterlidir; titanyumda kılavuz çekme risklidir, diş frezeleme tercih edilir.
- Delik boy/çap oranını 5:1 altında tutun; derin delikte ısı ve talaş sorun yaratır.
- Yüzey işaretleri: hangi yüzeylerin fonksiyonel, hangilerinin görsel olduğunu belirtin; gereksiz Ra 0,4 maliyeti iki katına çıkarır.
- Alternatif malzemeyi tartışın: birçok “titanyum” parça aslında 1.4404 veya 7075 ile de çalışır.
Kaplama ve Son İşlemler
Titanyumun kendi oksit tabakası korozyon direnci sağlar; ek kaplama çoğu zaman gerekmez. Renkli anodizasyon (Tip II/III) medikal parçalarda tanımlama ve estetik için yaygındır; sertlik için nitrürleme veya DLC kaplama uygulanabilir. Pasivasyon ve temizlik medikal parçalarda validasyona tabidir; tedarikçinin bu süreçleri kimle yaptığı ve hangi belgeyi sunduğu sorulmalıdır.
Sık Sorulan Sorular
Grade 2 mi Grade 5 mi seçmeliyim?
Korozyon direnci öncelikli ve yük düşükse Grade 2; yüksek dayanım gerekiyorsa Grade 5. Grade 2 daha kolay işlenir ve daha ucuzdur.
Titanyum parça neden bu kadar pahalı?
Malzeme çeliğin 15–30 katı, işleme süresi 3–5 katı; takım aşınması yüksek. Toplamda 4–8 kat fiyat farkı normaldir.
Titanyum kayar otomatta işlenebilir mi?
Evet; medikal vidalar ve küçük implant parçaları kayar otomatta üretilir. Yağ soğutma ve özel takımlar gerekir.
Titanyum yerine paslanmaz kullanabilir miyim?
Ağırlık kritik değilse ve klorür korozyonu aşırı değilse 1.4404 veya dubleks paslanmaz çoğu uygulamada yeterlidir ve çok daha ekonomiktir.
Sonuç
Titanyum, doğru parametre, soğutma ve malzeme zinciriyle güvenle işlenebilen ama her atölyenin rutin işi olmayan bir malzemedir; tedarikçi seçiminde somut deneyim ve altyapı sorulmalıdır. Parçanızın titanyumda mı, paslanmazda mı daha mantıklı olduğunu değerlendirmek için teknik resmi teklif formumuz üzerinden gönderin; alternatif malzeme önerisiyle birlikte dönüş yapıyoruz.
