Ти-6Ал-4В
Ti-6Al-4V (обозначение UNS R56400 ), также иногда называемый TC4 , Ti64 , [1] или ASTM Grade 5 , представляет собой альфа-бета- титановый сплав с высокой удельной прочностью и превосходной коррозионной стойкостью . Это один из наиболее часто используемых титановых сплавов, который применяется в широком спектре применений, где необходимы низкая плотность и отличная коррозионная стойкость, например, в аэрокосмической промышленности и биомеханике (имплантаты и протезы ).
Исследования титановых сплавов, используемых в броне, начались в 1950-х годах в Уотертаунском арсенале , который позже стал частью Армейской исследовательской лаборатории . [2] [3]
Выпускник Массачусетского технологического института в 1948 году Стэнли Абковиц (1927-2017) был пионером в титановой промышленности, и ему приписывают изобретение Ti-6Al-4V во время его пребывания в арсенальной лаборатории Уотертауна армии США в начале 1950-х годов. [4]
Сплав титана, алюминия и ванадия был назван крупным прорывом, имеющим стратегическое военное значение. Это наиболее коммерчески успешный титановый сплав, который до сих пор используется и имеет многочисленные промышленные и коммерческие применения. [5]
Более широкое использование титановых сплавов в качестве биоматериалов происходит из-за их более низкого модуля упругости, превосходной биосовместимости и повышенной коррозионной стойкости по сравнению с более традиционными нержавеющими сталями и сплавами на основе кобальта. [6] Эти привлекательные свойства послужили движущей силой для раннего внедрения сплавов α (cpTi) и α+β (Ti-6Al-4V), а также для более поздней разработки новых составов титановых сплавов и ортопедических метастабильных b-титановых сплавов. Последние обладают повышенной биосовместимостью, пониженным модулем упругости и превосходной устойчивостью к усталостной усталости и контролируемой деформации. [7] Однако низкая прочность на сдвиг и износостойкость титановых сплавов, тем не менее, ограничивают их биомедицинское применение. Хотя износостойкость сплавов b-Ti продемонстрировала некоторое улучшение по сравнению со сплавами a#b, конечная польза ортопедических титановых сплавов в качестве изнашивающихся компонентов потребует более полного фундаментального понимания задействованных механизмов изнашивания.
Химия
[ редактировать ](в вес. %) [8]
| V | Ал | Фе | ТО | С | Н | ЧАС | И | Из | Остаток Каждый | Остаток Всего | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Мин | 3.5 | 5.5 | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- |
| Макс | 4.5 | 6.75 | .3 | .2 | .08 | .05 | .015 | .005 | Баланс | .1 | .3 |
Физико-механические свойства
[ редактировать ]
Титановый сплав Ti-6Al-4V обычно существует в альфа-фазах с ГПУ кристаллической структурой (SG: P63/mmc) и бета-фазах с кристаллической структурой ОЦК (SG: Im-3m). Хотя механические свойства являются функцией условий термической обработки сплава и могут варьироваться в зависимости от свойств, типичные диапазоны свойств хорошо обработанного Ti-6Al-4V показаны ниже. [9] [10] [11] Алюминий стабилизирует альфа-фазу, а ванадий — бета-фазу. [12] [13]
| Плотность | Модуль Юнга | Модуль сдвига | Объемный модуль | Коэффициент Пуассона | Предел текучести при растяжении | Предельное напряжение растяжения | Твердость | Равномерное удлинение | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Мин | 4,429 г/см 3 (0,160 фунта на куб. дюйм) | 104 ГПа (15,1 × 10 6 фунт на квадратный дюйм) | 40 ГПа (5,8 × 10 6 фунт на квадратный дюйм) | 96,8 ГПа (14,0 × 10 6 фунт на квадратный дюйм) | 0.31 | 880 МПа (128 000 фунтов на квадратный дюйм) | 900 МПа (130 000 фунтов на квадратный дюйм) | 36 Роквелл C (типичный) | 5% |
| Макс | 4,512 г/см 3 (0,163 фунта на куб. дюйм) | 113 ГПа (16,4 × 10 6 фунт на квадратный дюйм) | 45 ГПа (6,5 × 10 6 фунт на квадратный дюйм) | 153 ГПа (22,2 × 10 6 фунт на квадратный дюйм) | 0.37 | 920 МПа (133 000 фунтов на квадратный дюйм) | 950 МПа (138 000 фунтов на квадратный дюйм) | -- | 18% |
Ti-6Al-4V имеет очень низкую теплопроводность при комнатной температуре от 6,7 до 7,5 Вт/м·К. [14] [15] что способствует его относительно плохой обрабатываемости. [15]
Сплав уязвим к усталости при холодной выдержке . [16] [17]
Термическая обработка Ti-6Al-4V
[ редактировать ]
Ti-6Al-4V подвергается термической обработке для изменения количества и микроструктуры и фазы в сплаве. Микроструктура будет значительно различаться в зависимости от конкретной термообработки и метода обработки. Тремя распространенными процессами термообработки являются прокатный отжиг, дуплексный отжиг, обработка на раствор и старение. [18]
Приложения
[ редактировать ]- Аэрокосмические конструкции. Боинг 787 на 15% состоит из титана. [19] а Airbus A350 — 14%. [20]
- Биомедицинские имплантаты и протезы [21]
- Высокопроизводительные гоночные автомобили
- Велосипеды высокого класса
- Аддитивное производство [22]
- Чехол для Apple iPhone 15 Pro (Max)
- Морское применение: Ti-6Al-4V Grade 5 широко используется в морском применении из-за его исключительной коррозионной стойкости в морской воде. [23] Ti-6Al-4V применяется в компонентах, подвергающихся воздействию морской атмосферы и подводных условий, таких как судостроение , морские нефтяные и газовые платформы и подводное оборудование. [24] [25] Его устойчивость к коррозии помогает снизить затраты на техническое обслуживание и продлить срок службы морского оборудования. [26]
Технические характеристики
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Пол К. Чу; Синьпей Лу (15 июля 2013 г.). Технология низкотемпературной плазмы: методы и применение . ЦРК Пресс. п. 455. ИСБН 978-1-4665-0991-7 .
- ^ «Основание АРЛ» . www.arl. армия.мил . Армейская исследовательская лаборатория . Проверено 6 июня 2018 г.
- ^ Гуч, Уильям А. «Проектирование и применение титановых сплавов на платформах армии США, 2010 г.» (PDF) . Исследовательская лаборатория армии США . Проверено 6 июня 2018 г.
- ^ «Стэн Абковиц, '48 – Обзор технологий MIT» . 18 октября 2016 г.
- ^ «Стэнли Абковиц, 90 лет; пионер титановой индустрии - Международная титановая ассоциация» .
- ^ Лонг, М.; Стойка, HJ (1998). «Титановые сплавы при полной замене суставов - взгляд на материаловедение». Биоматериалы . 18 (19): 1621–1639. дои : 10.1016/S0142-9612(97)00146-4 . ПМИД 9839998 .
- ^ Гутманс, EY; Готтман, И. (2004). «Исследование головки Ti–6Al–4V с покрытием из нитрида титана PIRAC и симулятора износа вертлужной чашечки и бедра из СВМПЭ». Журнал материаловедения: Материалы в медицине . 15 (4): 327–330. дои : 10.1023/B:JMSM.0000021096.77850.c5 . ПМИД 15332594 . S2CID 45437647 .
- ^ Стандартные спецификации для деформируемого сплава титана-6 алюминия-4 ванадия для хирургических имплантатов (UNS R56400)
- ^ «Титан Ти-6Ал-4В (марка 5), отожженный» . asm.matweb.com . ASM Aerospace спецификация Metals, Inc. Проверено 14 марта 2017 г.
- ^ «Технический паспорт титанового сплава Ti 6Al-4V» . cartech.com . Карпентер Технолоджи Корпорейшн . Проверено 14 марта 2017 г.
- ^ «AZoM Стать участником Поиск... Свойства меню поиска В этой статье есть данные о свойствах, щелкните, чтобы просмотреть Титановые сплавы — Ti6Al4V, класс 5» . www.azom.com . АЗО Материалы. 30 июля 2002 года . Проверено 14 марта 2017 г.
- ^ Ванхилл, Рассел; Бартер, Саймон (2012), «Металлургия и микроструктура», Усталость бета-обработанных и бета-термообработанных титановых сплавов , Springer Нидерланды, стр. 5–10, doi : 10.1007/978-94-007-2524-9_2 , ISBN 9789400725232
- ^ Доначи, Мэтью Дж. (2000). Титан: техническое руководство (2-е изд.). Парк материалов, Огайо: ASM International. стр. 13–15 . ISBN 9781615030620 . OCLC 713840154 .
- ^ «Паспорт материала ASM» . asm.matweb.com . Проверено 20 июня 2020 г.
- ^ Перейти обратно: а б Ян, Сяопин; Лю, К. Ричард (1 января 1999 г.). «Обработка титана и его сплавов» . Машиностроение и технологии . 3 (1): 107–139. дои : 10.1080/10940349908945686 . ISSN 1091-0344 .
- ^ БЭА (сентябрь 2020 г.). «Результаты расследования катастрофы AF066» (PDF) .
- ^ Пильчак, Адам Л.; Хатсон, Алиша; Портер, В. Джон; Бьюкенен, Деннис; Джон, Реджи (2016). «О реакции роста трещин от циклической усталости и усталости Ti-6Al-4V» . Материалы 13-й Всемирной конференции по титану . стр. 993–998. дои : 10.1002/9781119296126.ch169 . ISBN 9781119296126 .
- ^ Комитет АСМ (2000). «Металлургия титана». Титан: Техническое руководство . АСМ Интернешнл. стр. 22–23.
- ^ Хоук, Джефф (25 мая 2005 г.). Boeing 787 Dreamliner: больше, чем самолет (PDF) . Симпозиум AIAA/AAAF по снижению авиационного шума и выбросов. Американский институт аэронавтики и астронавтики . Архивировано из оригинала (PDF) 8 августа 2007 г. Проверено 15 июля 2007 г.
- ^ Гай Хеллард (2008). «Композиты в Airbus – долгая история инноваций и опыта» (PDF) . Глобальный форум инвесторов . Аэробус. Архивировано из оригинала (PDF) 4 октября 2016 года . Проверено 30 января 2019 г.
- ^ «Титановый сплав Ti6Al4V» (PDF) . Аркам . Архивировано из оригинала (PDF) 15 февраля 2020 г. Проверено 16 декабря 2015 г.
- ^ «Порошок титанового сплава Ti64» . Текна .
- ^ «Демистификация титановых сплавов: TI 6-4 Grade 5 против TI 23» . Стэнфордские продвинутые материалы . Проверено 30 июня 2024 г.
- ^ Соркин, Г.; Лейн, ИК; Кавалларо, Дж. Л. (1982). «Ти-6А1-4В для морского применения». В Уильямсе, Дж. К. (ред.). Титан и титановые сплавы . Спрингер. стр. 2139–2147. дои : 10.1007/978-1-4757-1758-7_49 . ISBN 978-1-4757-1760-0 .
- ^ Гурраппа, И. (2003). «Характеристика титанового сплава Ti-6Al-4V для химического, морского и промышленного применения». Характеристика материалов . 51 (2–3): 131–139. дои : 10.1016/j.matchar.2003.10.006 .
- ^ Алиджибори, HS; Аламиери, А.; Кадхум, AAH (2023). «Достижения в области антикоррозионных покрытий: комплексный обзор» . Межд. Дж. Коррос. Ингибитор масштабирования . 12 (4): 1476–1520. дои : 10.17675/2305-6894-2023-12-4-6 .
- ^ SAE AMS4928W, Прутки, проволока, поковки, кольца и тянутые профили из титанового сплава, отожженные 6Al — 4V , Уоррендейл, Пенсильвания: SAE International , получено 28 сентября 2022 г.
- ^ «§1.1.5», ASTM B265-20a, Стандартные спецификации для полос, листов и пластин из титана и титановых сплавов , Вест-Коншохокен, Пенсильвания: ASTM International, 2020, номер документа : 10.1520/B0265-20A , дата обращения: 13 августа 2020 г.