Титановый сплав TC4, титановый сплав ан-типа, был успешно разработан в США в 1954 году. Он содержит 6% стабильного элемента и 4% стабильного элемента V. Номинальный состав титанового сплава TC4 эквивалентен 7.0 алюминий с молибденовым эквивалентом 2,9. В отожженном состоянии сплав содержит 10%-15% бета-фазы. Добавление алюминия повышает прочность при комнатной температуре и термопрочностные свойства сплава за счет упрочнения фазы за счет твердого раствора в системе Ti-Al-V. С другой стороны, V служит одним из немногих легирующих элементов, который улучшает прочность и пластичность титановых сплавов. В отличие от большинства легирующих элементов, V оказывает благотворное влияние на пластичность титановых сплавов, поскольку уменьшает соотношение осей c/a решетки -состояния, способствуя образованию -фазы и предотвращая длительное охрупчивание сплава во время использования.
Титановый сплав TC4 отличается исключительными общими характеристиками и благоприятными технологическими характеристиками. Этот сплав обладает умеренной прочностью при комнатной температуре и высокой прочностью при повышенных температурах. Он демонстрирует превосходное сопротивление ползучести и термическую стабильность, а также высокую усталостную прочность и устойчивость к распространению трещин в морской воде. Кроме того, он может похвастаться удовлетворительной вязкостью разрушения и стойкостью к термической солевой коррозии. Титановый сплав TC4 также демонстрирует пониженную чувствительность к водороду по сравнению со сплавами TC2 и TC1. Следовательно, он находит применение при производстве различных компонентов, которые работают в широком диапазоне температур от -196 до 450 градусов, особенно деталей, разработанных с учетом принципа предела допуска повреждений.
Кроме того, титановый сплав TC4 обладает превосходной пластичностью и сверхпластичностью, что делает его пригодным для формования с использованием различных методов обработки давлением. Он также хорошо подходит для операций сварки и механической обработки, предлагая универсальность в методах изготовления.
Титановый сплав TC4 доступен в различных полуфабрикатах, включая прутки, поковки, листы, толстые пластины, профили и проволоку. Кроме того, он находит применение в отливках (называемых ZTC4).
Титановый сплав TC4ELI
TC4ELI — это улучшенная версия титанового сплава TC4, отличающаяся измененным содержанием алюминия и пониженным содержанием межузельных элементов, таких как железо (Fe), азот (N), водород (H) и кислород (O).
Титановый сплав TC4ELI получил известность в качестве предпочтительного материала для медицинских хирургических имплантатов благодаря своей исключительной биосовместимости, низкому модулю упругости, легкому весу, коррозионной стойкости, нетоксичности, высокому пределу текучести, длительному усталостному сроку службы, значительной пластичности при комнатной температуре и простоте обработки. формуемость. В медицинской сфере листы из титанового сплава TC4ELI преимущественно используются для восстановления черепа и фиксации костей, где существуют строгие требования к прочности, усталостной долговечности и пластичности.
Титановый сплав, включающий титан в качестве основного элемента наряду с другими легирующими элементами, имеет две изоморфные кристаллические структуры. Ниже 882 градусов титан принимает плотноупакованную гексагональную структуру решетки, известную как -титан, а при температуре выше 882 градусов он превращается в объемноцентрированную кубическую решетчатую структуру, называемую бета-титаном. Путем тщательного введения соответствующих легирующих элементов для изменения температуры фазового перехода и состава компонентов можно получить титановые сплавы с различной структурой, используя отличительные характеристики этих двух структур.
Созданный на основе сплава TC4, титановый сплав TC4ELI уменьшает присутствие межузельных элементов, таких как углерод (C), кислород (O) и азот (N), а также примесного элемента железа (Fe), что приводит к снижению сила. Однако эта регулировка значительно повышает емкость и ударную вязкость сплава. TC4ELI демонстрирует превосходную пластичность, вязкость, сварочные характеристики и низкотемпературные характеристики, что делает его широко применимым в таких важных областях, как низкотемпературная техника, медицинское лечение, корабли и самолеты.
В то время как сплав TC4 подходит для использования в обычных или высокотемпературных средах, сплав TC4ELI специально разработан для сверхнизких температур.
Марки, сопоставимые с титановым сплавом TC4 и титановым сплавом TC4ELI, включают T-6A-4V/Grade 5 (американский сорт), BT 6 (российский сорт), IMI 318 (британский сорт) и TiAI6V4 (немецкий). оценка).
В сфере производства медицинского оборудования титан и титановые сплавы находят широкое применение при лечении повреждений костей и суставов, вызванных травмами и опухолями. Искусственные суставы, костные пластины и винты обычно изготавливают из титана и титановых сплавов, получивших широкое распространение в клинической практике. Эти материалы применяются в тазобедренных суставах (в том числе головках бедренных костей), коленных суставах, локтевых суставах, пястно-фаланговых суставах, межфаланговых суставах, нижней челюсти, искусственных телах позвонков (ортезах позвоночника), корпусах кардиостимуляторов, искусственном сердце (клапанах сердца), искусственных зубных имплантатах, титане. -никелевая стоматологическая ортодонтия и титановая сетка для краниопластики. Высокая удельная прочность, отличная биосовместимость и устойчивость к коррозии биологическими жидкостями делают титан и титановые сплавы все более востребованными материалами.
Ti 6Al-4V ELI — это вариант сплава Ti 6Al-4V, который имеет более узкий структурный зазор, что позволяет достичь максимальной прочности. Эта марка особенно хорошо подходит для применения в морской воде и в условиях низких температур. Обычно Ti 6Al-4V ELI используется в отожженном состоянии и является отличным выбором для медицинских имплантатов.
Производственный процесс включает релаксационный отжиг, при котором сплав охлаждается на воздухе при температуре от 900 до 1200 градусов по Фаренгейту в течение от 1 до 4 часов. Для круглых прутков и поковок применяется процесс двойного отжига. Первоначально отжиг раствора проводится при температуре от 50 до 100 градусов по Фаренгейту выше точки бета-перехода. Материал выдерживают при этой температуре не менее 1 часа, а затем охлаждают на воздухе. Затем сплав повторно нагревают до 1300-1400 градусов по Фаренгейту в течение не менее 1 часа, а затем охлаждают на воздухе. После сварочных операций рекомендуется релаксационный отжиг.
