آلیاژ تیتانیوم TC4، نوعی آلیاژ تیتانیوم، با موفقیت توسط ایالات متحده در سال 1954 ساخته شد. شامل 6% عنصر پایدار و 4% عنصر پایدار V. ترکیب اسمی آلیاژ تیتانیوم TC4 معادل 7 است.{7}} آلومینیوم، با مولیبدن معادل 2.9. در حالت آنیل شده، آلیاژ حاوی 10%-15% فاز بتا است. افزودن آلومینیوم استحکام در دمای اتاق و خواص مقاومت حرارتی آلیاژ را با تقویت فاز از طریق محلول جامد در سیستم Ti-Al-V افزایش میدهد. از سوی دیگر، V به عنوان یکی از معدود عناصر آلیاژی عمل می کند که هم استحکام و هم انعطاف پذیری را در آلیاژهای تیتانیوم بهبود می بخشد. برخلاف اکثر عناصر آلیاژی، V اثر مفیدی بر روی انعطاف پذیری آلیاژهای تیتانیوم دارد، زیرا نسبت c/a محور شبکه حالت را کاهش میدهد، تشکیل فاز را تقویت میکند و از شکنندگی طولانیمدت آلیاژ در طول استفاده جلوگیری میکند.
آلیاژ تیتانیوم TC4 به دلیل عملکرد کلی استثنایی و ویژگی های فرآیند مطلوب خود متمایز است. این آلیاژ در دمای اتاق استحکام متوسط و در دماهای بالا استحکام بالایی دارد. مقاومت قابل تحسینی در برابر خزش و پایداری حرارتی، همراه با مقاومت خستگی بالا و مقاومت در برابر انتشار ترک در آب دریا نشان می دهد. علاوه بر این، دارای چقرمگی شکست رضایت بخش و مقاومت در برابر خوردگی تنش نمک حرارتی است. آلیاژ تیتانیوم TC4 همچنین حساسیت هیدروژنی کمتری را در مقایسه با آلیاژهای TC2 و TC1 نشان میدهد. در نتیجه، در ساخت اجزای مختلفی که در محدوده دمایی وسیعی از -196 تا 450 درجه کار میکنند، مناسب مییابد، بهویژه قطعاتی که با در نظر گرفتن اصل محدودیت تحمل آسیب طراحی شدهاند.
علاوه بر این، آلیاژ تیتانیوم TC4 شکلپذیری و فوقالطبیعهای عالی را نشان میدهد و آن را برای شکلدهی با استفاده از روشهای مختلف پردازش فشار مناسب میکند. همچنین به خوبی برای عملیات جوشکاری و ماشینکاری مناسب است و تطبیق پذیری در تکنیک های ساخت را ارائه می دهد.
آلیاژ تیتانیوم TC4 در اشکال مختلف نیمه تمام از جمله میله، آهنگری، ورق، صفحات ضخیم، پروفیل و سیم موجود است. علاوه بر این، در ریخته گری ها (که به آن ZTC4 گفته می شود) کاربرد پیدا می کند.
آلیاژ تیتانیوم TC4ELI
TC4ELI یک نسخه بهبود یافته از آلیاژ تیتانیوم TC4 است که با محتوای آلومینیوم تغییر یافته و سطوح کاهش یافته عناصر بینابینی مانند آهن (Fe)، نیتروژن (N)، هیدروژن (H) و اکسیژن (O) متمایز می شود.
آلیاژ تیتانیوم TC4ELI به دلیل زیست سازگاری استثنایی، مدول الاستیک کم، ماهیت سبک، مقاومت در برابر خوردگی، غیر سمی بودن، استحکام تسلیم بالا، عمر خستگی طولانی، انعطاف پذیری قابل توجه در دمای اتاق و سهولت کار، به عنوان یک ماده ترجیحی برای ایمپلنت های جراحی پزشکی مطرح شده است. شکل پذیری در زمینه پزشکی، ورق های آلیاژ تیتانیوم TC4ELI عمدتاً برای کاربردهایی مانند ترمیم جمجمه و تثبیت استخوان استفاده می شود، جایی که الزامات سختگیرانه برای استحکام، عمر خستگی و انعطاف پذیری وجود دارد.
آلیاژ تیتانیوم، که شامل تیتانیوم به عنوان عنصر پایه همراه با سایر عناصر آلیاژی است، دو ساختار کریستالی ایزومورف را نشان می دهد. زیر 882 درجه، تیتانیوم ساختار شبکهای شش ضلعی نزدیک به هم دارد که به نام تیتانیوم شناخته میشود، در حالی که به ساختار شبکه مکعبی متمرکز بدنه به نام بتا تیتانیوم بالای 882 درجه تبدیل میشود. با ترکیب دقیق عناصر آلیاژی مناسب برای تغییر دمای انتقال فاز و ترکیب اجزا، آلیاژهای تیتانیوم با ساختارهای مختلف را می توان به دست آورد و از ویژگی های متمایز این دو ساختار بهره برد.
آلیاژ تیتانیوم TC4ELI که بر پایه آلیاژ TC4 ساخته شده است حضور عناصر بینابینی مانند کربن (C)، اکسیژن (O) و نیتروژن (N) و همچنین عنصر ناخالصی آهن (Fe) را کاهش می دهد و در نتیجه باعث کاهش در استحکام - قدرت. با این حال، این تنظیم به طور قابل توجهی ظرفیت و چقرمگی آلیاژ را افزایش می دهد. TC4ELI انعطاف پذیری عالی، چقرمگی، عملکرد جوشکاری و عملکرد در دمای پایین را نشان می دهد و به طور گسترده در زمینه های حیاتی مانند مهندسی دمای پایین، درمان های پزشکی، کشتی ها و هواپیماها قابل استفاده است.
در حالی که آلیاژ TC4 برای استفاده در محیط های معمولی یا با دمای بالا مناسب است، آلیاژ TC4ELI به طور خاص برای محیط های با دمای بسیار پایین طراحی شده است.
نمرات قابل مقایسه با آلیاژ تیتانیوم TC4 و آلیاژ تیتانیوم TC4ELI شامل T-6A-4V/Grade 5 (درجه آمریکایی)، BT 6 (درجه روسی)، IMI 318 (درجه بریتانیا) و TiAI6V4 (آلمانی) مقطع تحصیلی).
در حوزه تولید تجهیزات پزشکی، تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم کاربرد گستردهای در رفع آسیب استخوان و مفاصل ناشی از تروما و تومور پیدا میکنند. مفاصل مصنوعی، صفحات استخوانی و پیچ ها معمولاً از تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم ساخته می شوند که در عمل بالینی مقبولیت گسترده ای پیدا کرده اند. این مواد در مفاصل ران (شامل سر استخوان ران)، مفاصل زانو، مفاصل آرنج، مفاصل متاکارپوفالانژیال، مفاصل بین فالانژیال، فک پایین، بدنههای مهره مصنوعی (ارتزهای نخاعی)، محفظههای ضربان ساز، قلبهای مصنوعی (دریچههای قلب)، ایمپلنتهای تیتانیوم مصنوعی، کاشت دندان مصنوعی استفاده میشوند. -ارتودنسی دندان نیکل و مش تیتانیوم برای کرانیوپلاستی. استحکام ویژه بالا، زیست سازگاری عالی، و مقاومت در برابر خوردگی توسط مایعات بدن، تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم را به طور فزاینده ای مورد توجه قرار می دهد.
Ti 6Al-4V ELI گونهای از آلیاژ Ti 6Al-4V است که دارای شکاف ساختاری باریکتری است که آن را قادر میسازد تا به حداکثر چقرمگی دست یابد. این درجه به ویژه برای کاربرد در آب دریا و محیط های با دمای پایین مناسب است. به طور معمول، Ti 6Al-4V ELI در حالت آنیل استفاده می شود و یک انتخاب عالی برای ایمپلنت های پزشکی است.
فرآیند تولید شامل بازپخت ریلکسیشن است که در آن آلیاژ در دماهای بین 900 تا 1200 درجه فارنهایت به مدت 1 تا 4 ساعت با هوا خنک می شود. برای میلههای گرد و آهنگری، از فرآیند بازپخت دوگانه استفاده میشود. در ابتدا، بازپخت محلول در دمای 50 تا 100 درجه فارنهایت بالاتر از نقطه انتقال بتا انجام می شود. مواد قبل از خنک شدن با هوا حداقل 1 ساعت در این دما نگه داشته می شوند. پس از آن، آلیاژ مجدداً تا 1300-1400 درجه فارنهایت به مدت حداقل 1 ساعت گرم می شود و سپس با هوا خنک می شود. پس از عملیات جوشکاری، آنیل ریلکسیشن توصیه می شود.
