Ti-6Al-4V

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Ti-6Al-4V(обозначение UNSR56400), также иногда называемыйTC4,Ti64,[1]или ASTMGrade 5,представляет собой альфа-бетатитановый сплавс высоким отношением прочности к массе и превосходнойкоррозионной стойкостью.Это один из наиболее часто используемых титановых сплавов, который применяется там, где необходимы малая плотность и высокая коррозионная стойкость, например, ваэрокосмической промышленностии биомеханических применениях (имплантаты ипротезы).

Исследования титановых сплавов, используемых в бронежилетах, начались в 1950-х годах вУотертаунском арсенале,который позже стал частьюисследовательской 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]
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 структуройплотно упакованных равных сфер(SG: P63 / mmc) и бета-фазы скубическойкристаллической 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].Алюминийстабилизирует альфа-фазу, аванадий— бета-фазу[9].

Плотность, г / см3 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 низкуютеплопроводностьпри комнатной температуре, 6,7–7,5 Вт/м·К,[10][11]что обуславливает его относительно плохую обрабатываемость.

Сплав подверженусталости при низких температурах[12].

Термическая обработка Ti-6Al-4V

[править|править код]
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 микроструктурыифазы 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 всамолетах 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]
  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.Источник.Дата обращения: 9 февраля 2021. Архивировано 21 декабря 2021 года.
  2. ↑Founding of ARL.www.arl. army.mil.Army Research Laboratory. Дата обращения: 6 июня 2018.Архивировано4 сентября 2018 года.
  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.Архивировано17 мая 2018 года.
  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.PMID9839998.
  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.PMID15332594.
  6. ↑Titanium Ti-6Al-4V (Grade 5), Annealed.asm.matweb.com.ASM Aerospace Specification Metals, Inc.. Дата обращения: 14 марта 2017.Архивировано7 сентября 2011 года.
  7. ↑Titanium Alloy Ti 6Al-4V Technical Data Sheet.cartech.com.Carpenter Technology Corporation. Дата обращения: 14 марта 2017.Архивировано18 ноября 2019 года.
  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.Архивировано9 мая 2021 года.
  9. ↑Donachie.Titanium: a technical guide.— ASM International, 2000. —ISBN 9781615030620.
  10. ↑ASM Material Data Sheet.asm.matweb.com.Дата обращения: 20 июня 2020.Архивировано7 сентября 2011 года.
  11. ↑Yang, Xiaoping (1999-01-01)."Machining Titanium and Its Alloys".Machining Science and Technology.3(1): 107—139.doi:10.1080/10940349908945686.ISSN1091-0344.
  12. ↑BEA.AF066 crash investigation results(сентябрь 2020). Дата обращения: 9 февраля 2021.Архивировано1 ноября 2020 года.
  13. ↑ASM Committee.The Metallurgy of Titanium // Titanium: A Technical Guide. — ASM International, 2000. — P. 22–23.
  14. ↑Ti6Al4V Titanium Alloy.Arcam.Дата обращения: 9 февраля 2021.Архивировано15 февраля 2020 года.
  15. ↑Ti64 Titanium Alloy Powder.Tekna.Дата обращения: 9 февраля 2021.Архивировано28 февраля 2021 года.
  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,Дата обращения:13 августа 2020
Источник —https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Ti-6Al-4V&oldid=135123342