Ti-6Al-4V
Ti-6Al-4V (обозначение UNS R56400 ), также иногда называемый TC4, Ti64,[1] или ASTM Grade 5, представляет собой альфа-бета титановый сплав с высоким отношением прочности к массе и превосходной коррозионной стойкостью. Это один из наиболее часто используемых титановых сплавов, который применяется там, где необходимы малая плотность и высокая коррозионная стойкость, например, в аэрокосмической промышленности и биомеханических применениях (имплантаты и протезы).
Исследования титановых сплавов, используемых в бронежилетах, начались в 1950-х годах в Уотертаунском арсенале, который позже стал частью исследовательской лаборатории армии США[2][3].
Титановые сплавы широко применяются в качестве биоматериалов из-за их хорошей биосовместимости и повышенной коррозионной стойкости по сравнению с более традиционными нержавеющими сталями и сплавами на основе кобальта[4]. Благодаря этим свойствам в медицину активно внедрялись сплавы a (cpTi) и a#b (Ti-6Al-4V), а также новые композиции на основе титана и ортопедических метастабильных b-титановых сплавов. Последние обладают повышенной биосовместимостью, пониженным модулем упругости и превосходной устойчивостью к усталостным нагрузкам[5]. Однако низкая прочность на сдвиг и износостойкость титановых сплавов, тем не менее, ограничивают их биомедицинское использование.
Химия
[править | править код](в мас. %)
V | Al | Fe | О | C | N | H | Y | Ti | Остаток каждый | Остаток Всего | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Мин. | 3.5 | 5.5 | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
Максимум | 4.5 | 6,75 | .3 | .2 | 0,08 | 0,05 | 0,015 | 0,005 | Остаток средств | .1 | .3 |
Физико-механические свойства
[править | править код]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/32/Ti64_20s_rub_krolls_rod_crossection.png/220px-Ti64_20s_rub_krolls_rod_crossection.png)
Титановый сплав Ti-6Al-4V обычно существует в виде альфа-фазы с кристаллической структурой плотно упакованных равных сфер (SG : P63 / mmc) и бета-фазы с кубической кристаллической структурой (SG : Im-3m). Хотя механические свойства зависят от условий термообработки сплава и могут изменяться в широких интервалах, типичные диапазоны свойств для хорошо обработанного Ti-6Al-4V показаны ниже[6][7][8]. Алюминий стабилизирует альфа-фазу, а ванадий — бета-фазу[9].
Плотность, г / см 3 | Модуль Юнга, ГПа | Модуль сдвига, ГПа | Объемный модуль упругости, ГПа | Коэффициент Пуассона | Предел текучести, МПа (при растяжении) | Предел прочности, МПа (при растяжении) | Твердость по Роквеллу C | Равномерное удлинение, % | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Мин. | 4,429 | 104 | 40 | 96,8 | 0,31 | 880 | 900 | 36 (типичный) | 5 |
Максимум | 4,512 | 113 | 45 | 153 | 0,37 | 920 | 950 | - | 18 |
Ti-6Al-4V имеет очень низкую теплопроводность при комнатной температуре, 6,7–7,5 Вт/м·К,[10][11] что обуславливает его относительно плохую обрабатываемость.
Сплав подвержен усталости при низких температурах[12].
Термическая обработка Ti-6Al-4V
[править | править код]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/48/Common_Ti-6Al-4V_Heat_Treatment_Processes.svg/500px-Common_Ti-6Al-4V_Heat_Treatment_Processes.svg.png)
Ti-6Al-4V подвергается термообработке для изменения количества и микроструктуры и фазы в сплаве. Микроструктура будет значительно различаться в зависимости от точной термической обработки и метода обработки. Три распространенных процесса термообработки - это прокатный отжиг, дуплексный отжиг и обработка на твердый раствор и старение[13].
Применение
[править | править код]- Имплантаты и протезы (кованые, литые или твердые произвольной формы (см. аддитивные технологии)[14]
- Аддитивное производство[15]
- Детали и прототипы для гоночной и аэрокосмической промышленности. Широко используется в самолетах Boeing 787.
- Морские приложения
- Химическая индустрия
- Газовые турбины
- Глушители для огнестрельного оружия
Характеристики
[править | править код]- UNS: R56400
- Стандарт AMS: 4911
- Стандарт ASTM: F1472
- Стандарт ASTM: B265, класс 5[16]
Примечания
[править | править код]- ↑ Paul K. Chu. Low Temperature Plasma Technology: Methods and Applications / Paul K. Chu, XinPei Lu. — CRC Press, 15 July 2013. — P. 455. — ISBN 978-1-4665-0991-7. Источник . Дата обращения: 9 февраля 2021. Архивировано 21 декабря 2021 года.
- ↑ Founding of ARL . www.arl. army.mil. Army Research Laboratory. Дата обращения: 6 июня 2018. Архивировано 4 сентября 2018 года.
- ↑ Gooch. The Design and Application of Titanium Alloys to U.S. Army Platforms -2010 . U.S. Army Research Laboratory. Дата обращения: 6 июня 2018. Архивировано 17 мая 2018 года.
- ↑ Long, M. (1998). "Titanium alloys in total joint replacement—a materials science perspective". Biomaterials. 18 (19): 1621—1639. doi:10.1016/S0142-9612(97)00146-4. PMID 9839998.
- ↑ Gutmanas, E.Y. (2004). "PIRAC Ti nitride coated Ti–6Al–4V head against UHMWPE acetabular cup–hip wear simulator study". Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 15 (4): 327—330. doi:10.1023/B:JMSM.0000021096.77850.c5. PMID 15332594.
- ↑ Titanium Ti-6Al-4V (Grade 5), Annealed . asm.matweb.com. ASM Aerospace Specification Metals, Inc.. Дата обращения: 14 марта 2017. Архивировано 7 сентября 2011 года.
- ↑ Titanium Alloy Ti 6Al-4V Technical Data Sheet . cartech.com. Carpenter Technology Corporation. Дата обращения: 14 марта 2017. Архивировано 18 ноября 2019 года.
- ↑ AZoM Become a Member Search... Search Menu Properties This article has property data, click to view Titanium Alloys - Ti6Al4V Grade 5 . www.azom.com. AZO Materials. Дата обращения: 14 марта 2017. Архивировано 9 мая 2021 года.
- ↑ Donachie. Titanium : a technical guide. — ASM International, 2000. — ISBN 9781615030620.
- ↑ ASM Material Data Sheet . asm.matweb.com. Дата обращения: 20 июня 2020. Архивировано 7 сентября 2011 года.
- ↑ Yang, Xiaoping (1999-01-01). "Machining Titanium and Its Alloys". Machining Science and Technology. 3 (1): 107—139. doi:10.1080/10940349908945686. ISSN 1091-0344.
- ↑ BEA. AF066 crash investigation results (сентябрь 2020). Дата обращения: 9 февраля 2021. Архивировано 1 ноября 2020 года.
- ↑ ASM Committee. The Metallurgy of Titanium // Titanium: A Technical Guide. — ASM International, 2000. — P. 22–23.
- ↑ Ti6Al4V Titanium Alloy . Arcam. Дата обращения: 9 февраля 2021. Архивировано 15 февраля 2020 года.
- ↑ Ti64 Titanium Alloy Powder . Tekna. Дата обращения: 9 февраля 2021. Архивировано 28 февраля 2021 года.
- ↑ ASTM B265-20a, Standard Specification for Titanium and Titanium Alloy Strip, Sheet, and Plate, West Conshohocken, PA: ASTM International, 2020, doi:10.1520/B0265-20A, Дата обращения: 13 августа 2020