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

(в мас. %)

V Al Fe О C N ЧАС 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
Микроструктура сплава Ti-6Al-4V с равноосными альфа-зернами и прерывистой бета-фазой

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
Процессы мельничного отжига, дуплексного отжига, обработки на твердый раствор и термической обработки старением для Ti-6Al-4V. Точное время и температура зависят от производителя.

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
  • 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
  • Чехлы для айфонов

Характеристики
  • UNS: R56400
  • Стандарт AMS: 4911
  • Стандарт ASTM: F1472
  • Стандарт ASTM: B265, класс 5[16]

Примечания
  1. 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.
  2. Founding of ARL. www.arl. army.mil. Army Research Laboratory. Дата обращения: 6 июня 2018.
  3. Gooch. The Design and Application of Titanium Alloys to U.S. Army Platforms -2010. U.S. Army Research Laboratory. Дата обращения: 6 июня 2018.
  4. 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.
  5. 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.
  6. Titanium Ti-6Al-4V (Grade 5), Annealed. asm.matweb.com. ASM Aerospace Specification Metals, Inc.. Дата обращения: 14 марта 2017.
  7. Titanium Alloy Ti 6Al-4V Technical Data Sheet. cartech.com. Carpenter Technology Corporation. Дата обращения: 14 марта 2017.
  8. 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.
  9. Donachie. Titanium : a technical guide. — ASM International, 2000. — ISBN 9781615030620.
  10. ASM Material Data Sheet. asm.matweb.com. Дата обращения: 20 июня 2020.
  11. 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.
  12. BEA. AF066 crash investigation results (September 2020).
  13. ASM Committee. The Metallurgy of Titanium // Titanium: A Technical Guide. — ASM International, 2000. — P. 22–23.
  14. Ti6Al4V Titanium Alloy. Arcam.
  15. Ti64 Titanium Alloy Powder. Tekna.
  16. 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, <http://www.astm.org/cgi-bin/resolver.cgi?B265-20a>. Проверено 13 августа 2020.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.