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TC4鈦合金
TC4鈦合金是由美國于1954年研制成功的α-β型鈦合金,含有6%的α穩(wěn)定元素和4%的β穩(wěn)定元素V。TC4鈦合金名義成分的鋁當(dāng)量為7.0,鉬當(dāng)量為2.9,退火狀態(tài)含10%-15%β相。Al在Ti-Al-V系中通過固溶強(qiáng)化α相提高合金的室溫強(qiáng)度和熱強(qiáng)性能,而V是鈦合金中既能提高強(qiáng)度又能改善塑性的少數(shù)合金元素之一。V對鈦合金塑性的有利影響,是因為它不像大多數(shù)合金元素那樣增大α態(tài)晶格c/a軸的比值,而是減少該比值,從而提高α相的形成,避免在長時間使用過程中出現(xiàn)合金脆化。
TC4鈦合金的主要特點是優(yōu)異的綜合性能和良好的工藝性能。TC4鈦合金具有中等室溫強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度,良好的蠕變抗力和熱穩(wěn)定性,較高的抗疲勞性能和海水中的裂紋擴(kuò)展抗力,以及令人滿意的斷裂韌性和抗熱鹽應(yīng)力腐蝕性能,對氫的敏感性也比TC2、TC1合金小,適合于制造-196~450℃較寬的溫度范圍內(nèi)工作的各種零件,特別是采用損傷容限制原則設(shè)計的零部件。TC4鈦合金還具有優(yōu)良的工藝塑性和超塑性,適合于用各種壓力加工方法進(jìn)行成形,并采用各種方式進(jìn)行焊接和機(jī)械加工。
TC4鈦合金的主要半成品形式為棒材、鍛件、薄板、厚板、型材和絲材等,也用于鑄件(ZTC4)。
TC4ELI鈦合金
TC4ELI是TC4的改進(jìn)型,其主要區(qū)別是不同的Al含量和較低的間隙元素Fe、N、H、O的含量。
TC4ELI鈦合金以其生物相容性良好、彈性模量低、密度低、防腐性能好、無毒、屈服強(qiáng)度高、疲勞壽命長、室溫下塑性較大、易成形等優(yōu)點而成為醫(yī)用外科植入物的理想材料。醫(yī)用TC4ELI鈦合金板材主要用于顱骨修復(fù)、接骨等方面,這對其強(qiáng)度、疲勞壽命、塑性等有更高的要求。
鈦合金是以鈦元素為基加入其他元素組成的合金。鈦有兩種同質(zhì)異晶體:鈦是同屬素異構(gòu)體,熔點為1668℃,在低于882℃時呈密排六方晶格結(jié)構(gòu),稱為α-鈦;在882℃以上呈體心立方品格結(jié)構(gòu),稱為β-鈦。利用鈦的上述兩種結(jié)構(gòu)的不同特點,添加適當(dāng)?shù)暮辖鹪兀蛊湎嘧儨囟燃敖M分含量逐漸改變而得到不同組織的鈦合金(titanium alloys)。
TC4 ELI鈦合金在TC4合金的基礎(chǔ)上,降低了間隙元素C,O,N和雜質(zhì)元素Fe的含量,強(qiáng)度有所降低,但可顯著提高容韌性。TC4 ELI具有較好的塑性、韌性、良好的焊接性能及低溫使用性能,廣泛應(yīng)用于低溫工程、醫(yī)療、艦船及飛行器等重要領(lǐng)域。
TC4合金可在普通環(huán)境或者高溫環(huán)境下使用,TC4ELI合金可在超低溫環(huán)境下使用
TC4鈦合金與TC4ELI鈦合金相近牌號有:T-6A-4V/Grade 5(美國牌號),BT 6(俄羅斯牌號)、IMI 318(英國牌號)、TiAI6V4(德國牌號)。
醫(yī)療設(shè)備制造在人體內(nèi)因外傷、腫瘤造成的骨、關(guān)節(jié)損傷,采用鈦及鈦合金制造人工關(guān)節(jié),接骨板和螺釘,現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于臨床。還用于髖關(guān)節(jié)(包括股骨頭)、膝關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、掌指關(guān)節(jié)、指間關(guān)節(jié)、下頜骨、人造椎體(脊柱矯形器)、心臟起博器外殼、人工心臟(心形瓣膜)、人工種植牙、鈦鎳牙齒正畸器以及鈦網(wǎng)在頭蓋骨整形方面等。
鈦及鈦合金由于比強(qiáng)度高、生物相容性和耐體液腐蝕性好等特點,正日益受到重視。
Ti 6Al-4V ELI是Ti 6Al-4V組織間隙較小的一款牌號,由此可以達(dá)到最大韌性,適用于海水和低溫環(huán)境。這款牌號的合金通常在退火狀態(tài)進(jìn)行使用。Ti 6Al-4V在醫(yī)療植入領(lǐng)域是一個較好的選擇材料。
生產(chǎn)工藝為:在900-120華氏度1-4小時中弛力退火、空冷。雙重退火,圓棒和鍛件的工藝為:在50-100的華氏度beta轉(zhuǎn)變溫度下固溶退火,至少保持1小時后空冷,之后在1300-1400華氏度重新加熱,保持至少1小時后,空冷。弛力退火適合在焊接后進(jìn)行