Ti-6Al-4V

Ti-6Al-4V (обозначение UNS R56400 ), также иногда называемый TC4, Ti64, 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.

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. 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. 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	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

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. Алюминий стабилизирует альфа-фазу, а ванадий — бета-фазу.

	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, что обуславливает его относительно плохую обрабатываемость.

Сплав подвержен усталости при низких температурах.

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 $\alpha$ и $\beta$ 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.

Применение

• Имплантаты и протезы (кованые, литые или твердые произвольной формы (см. аддитивные технологии)
• Аддитивное производство
• 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

• UNS: R56400
• Стандарт AMS: 4911
• Стандарт ASTM: F1472
• Стандарт ASTM: B265, класс 5