Το κράμα τιτανίου TC4, ένα κράμα τιτανίου - τύπου, αναπτύχθηκε με επιτυχία από τις Ηνωμένες Πολιτείες το 1954. Περιλαμβάνει 6% σταθερό στοιχείο και 4% σταθερό στοιχείο V. Η ονομαστική σύνθεση του κράματος τιτανίου TC4 ισοδυναμεί με 7.0 αλουμίνιο, με ισοδύναμο μολυβδαινίου 2,9. Στην ανοπτημένη του κατάσταση, το κράμα περιέχει 10%-15% βήτα φάση. Η προσθήκη αλουμινίου ενισχύει την αντοχή σε θερμοκρασία δωματίου και τις ιδιότητες θερμικής αντοχής του κράματος ενισχύοντας τη φάση μέσω στερεού διαλύματος στο σύστημα Ti-Al-V. Από την άλλη πλευρά, το V χρησιμεύει ως ένα από τα λίγα στοιχεία κράματος που βελτιώνει τόσο την αντοχή όσο και την πλαστικότητα στα κράματα τιτανίου. Σε αντίθεση με τα περισσότερα στοιχεία κράματος, το V έχει ευεργετική επίδραση στην πλαστικότητα των κραμάτων τιτανίου καθώς μειώνει την αναλογία άξονα c/a του πλέγματος κατάστασης, προάγοντας το σχηματισμό φάσης και αποτρέποντας τη μακροχρόνια ευθραυστότητα του κράματος κατά τη χρήση.
Το κράμα τιτανίου TC4 ξεχωρίζει για την εξαιρετική του συνολική απόδοση και τα ευνοϊκά χαρακτηριστικά διεργασίας. Αυτό το κράμα παρουσιάζει μέτρια αντοχή σε θερμοκρασία δωματίου και υψηλή αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες. Επιδεικνύει αξιοθαύμαστη αντοχή στον ερπυσμό και τη θερμική σταθερότητα, μαζί με υψηλή αντοχή στην κόπωση και αντοχή στη διάδοση ρωγμών στο θαλασσινό νερό. Επιπλέον, μπορεί να υπερηφανεύεται για ικανοποιητική αντοχή στη θραύση και αντοχή στη διάβρωση σε θερμικές καταπονήσεις αλάτων. Το κράμα τιτανίου TC4 εμφανίζει επίσης μειωμένη ευαισθησία στο υδρογόνο σε σύγκριση με τα κράματα TC2 και TC1. Κατά συνέπεια, βρίσκει καταλληλότητα στην κατασκευή διαφόρων εξαρτημάτων που λειτουργούν σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών από -196 έως 450 μοίρες, ιδιαίτερα εξαρτήματα που έχουν σχεδιαστεί με γνώμονα την αρχή του ορίου ανοχής ζημιών.
Επιπλέον, το κράμα τιτανίου TC4 εμφανίζει εξαιρετική ολκιμότητα και υπερπλαστικότητα, καθιστώντας το κατάλληλο για διαμόρφωση χρησιμοποιώντας διάφορες μεθόδους επεξεργασίας υπό πίεση. Προσφέρεται επίσης καλά στις εργασίες συγκόλλησης και μηχανικής κατεργασίας, προσφέροντας ευελιξία στις τεχνικές κατασκευής.
Το κράμα τιτανίου TC4 διατίθεται σε διάφορες ημικατεργασμένες μορφές, συμπεριλαμβανομένων ράβδων, σφυρηλάτησης, φύλλων, παχιών πλακών, προφίλ και συρμάτων. Επιπλέον, βρίσκει εφαρμογή σε castings (αναφέρεται ως ZTC4).
TC4ELI Κράμα τιτανίου
Το TC4ELI είναι μια βελτιωμένη έκδοση του κράματος τιτανίου TC4, που διακρίνεται από την αλλοιωμένη περιεκτικότητά του σε αλουμίνιο και τα μειωμένα επίπεδα ενδιάμεσων στοιχείων όπως ο σίδηρος (Fe), το άζωτο (N), το υδρογόνο (H) και το οξυγόνο (O).
Το κράμα τιτανίου TC4ELI έχει κερδίσει εξέχουσα θέση ως προτιμώμενο υλικό για ιατρικά χειρουργικά εμφυτεύματα λόγω της εξαιρετικής βιοσυμβατότητάς του, του χαμηλού συντελεστή ελαστικότητας, της ελαφριάς φύσης, της αντοχής στη διάβρωση, της μη τοξικότητας, της υψηλής αντοχής διαρροής, της εκτεταμένης διάρκειας κόπωσης, της σημαντικής πλαστικότητας σε θερμοκρασία δωματίου και της ευκολίας μορφοποιησιμότητα. Στον ιατρικό τομέα, τα φύλλα κράματος τιτανίου TC4ELI χρησιμοποιούνται κυρίως για εφαρμογές όπως η επισκευή του κρανίου και η στερέωση των οστών, όπου υπάρχουν αυστηρές απαιτήσεις για αντοχή, διάρκεια κόπωσης και πλαστικότητα.
Το κράμα τιτανίου, που περιλαμβάνει το τιτάνιο ως βασικό στοιχείο μαζί με άλλα στοιχεία κράματος, εμφανίζει δύο ισομορφικές κρυσταλλικές δομές. Κάτω από τις 882 μοίρες, το τιτάνιο υιοθετεί μια κλειστή δομή εξαγωνικού πλέγματος γνωστή ως -τιτάνιο, ενώ μετατρέπεται σε μια δομή κυβικού πλέγματος με κέντρο το σώμα που ονομάζεται βήτα-τιτάνιο άνω των 882 μοιρών. Με την προσεκτική ενσωμάτωση κατάλληλων στοιχείων κράματος για την τροποποίηση της θερμοκρασίας μετάπτωσης φάσης και της σύνθεσης των συστατικών, μπορούν να ληφθούν κράματα τιτανίου με διαφορετικές δομές, αξιοποιώντας τα διακριτικά χαρακτηριστικά αυτών των δύο δομών.
Χτίζοντας στη βάση του κράματος TC4, το κράμα τιτανίου TC4ELI μειώνει την παρουσία ενδιάμεσων στοιχείων όπως ο άνθρακας (C), το οξυγόνο (O) και το άζωτο (N), καθώς και το στοιχείο ακαθαρσίας σίδηρος (Fe), με αποτέλεσμα τη μείωση του δύναμη. Ωστόσο, αυτή η προσαρμογή ενισχύει σημαντικά την ικανότητα και τη σκληρότητα του κράματος. Το TC4ELI παρουσιάζει εξαιρετική πλαστικότητα, σκληρότητα, απόδοση συγκόλλησης και απόδοση σε χαμηλή θερμοκρασία, καθιστώντας το ευρέως εφαρμόσιμο σε κρίσιμους τομείς όπως η μηχανική χαμηλής θερμοκρασίας, οι ιατρικές θεραπείες, τα πλοία και τα αεροσκάφη.
Ενώ το κράμα TC4 είναι κατάλληλο για χρήση σε συνηθισμένα περιβάλλοντα ή περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας, το κράμα TC4ELI είναι ειδικά σχεδιασμένο για περιβάλλοντα εξαιρετικά χαμηλών θερμοκρασιών.
Συγκρίσιμες ποιότητες με το κράμα τιτανίου TC4 και το κράμα τιτανίου TC4ELI περιλαμβάνουν T-6A-4V/Grade 5 (Αμερικανική κατηγορία), BT 6 (ρωσική κατηγορία), IMI 318 (βρετανική ποιότητα) και TiAI6V4 (γερμανικά Βαθμός).
Στον τομέα της κατασκευής ιατρικού εξοπλισμού, το τιτάνιο και τα κράματα τιτανίου βρίσκουν εκτεταμένη χρήση για την αντιμετώπιση της βλάβης των οστών και των αρθρώσεων που προκαλούνται από τραύματα και όγκους. Οι τεχνητές αρθρώσεις, οι πλάκες οστών και οι βίδες κατασκευάζονται συνήθως από τιτάνιο και κράματα τιτανίου, τα οποία έχουν κερδίσει ευρεία αποδοχή στην κλινική πρακτική. Αυτά τα υλικά χρησιμοποιούνται σε αρθρώσεις ισχίου (συμπεριλαμβανομένων μηριαίων κεφαλών), αρθρώσεις γονάτων, αρθρώσεις αγκώνων, μετακαρποφαλαγγικές αρθρώσεις, μεσοφαλαγγικές αρθρώσεις, κάτω γνάθους, τεχνητά σπονδυλικά σώματα (σπονδυλικές ορθώσεις), περιβλήματα βηματοδότη, τεχνητές καρδιές (βαλβίδες καρδιάς), τεχνητά οδοντικά εμφυτεύματα τιτανίου, -Οδοντιατρική ορθοδοντική από νικέλιο και πλέγμα τιτανίου για κρανιοπλαστική. Η υψηλή ειδική αντοχή, η εξαιρετική βιοσυμβατότητα και η αντοχή στη διάβρωση από τα σωματικά υγρά κάνουν το τιτάνιο και τα κράματα τιτανίου όλο και πιο περιζήτητα υλικά.
Το Ti 6Al-4V ELI είναι μια παραλλαγή του κράματος Ti 6Al-4V που διαθέτει ένα στενότερο δομικό κενό, επιτρέποντάς του να επιτυγχάνει τη μέγιστη σκληρότητα. Αυτός ο βαθμός είναι ιδιαίτερα κατάλληλος για εφαρμογές σε θαλασσινό νερό και περιβάλλοντα χαμηλής θερμοκρασίας. Συνήθως, το Ti 6Al-4V ELI χρησιμοποιείται σε ανόπτηση και είναι μια εξαιρετική επιλογή για ιατρικά εμφυτεύματα.
Η διαδικασία παραγωγής περιλαμβάνει ανόπτηση χαλάρωσης, όπου το κράμα ψύχεται με αέρα σε θερμοκρασίες που κυμαίνονται από 900 έως 1200 βαθμούς Φαρενάιτ για διάρκεια 1 έως 4 ώρες. Για στρογγυλές ράβδους και σφυρηλάτηση, χρησιμοποιείται μια διαδικασία διπλής ανόπτησης. Αρχικά, η ανόπτηση διαλύματος διεξάγεται σε θερμοκρασία 50 έως 100 βαθμών Φαρενάιτ πάνω από το σημείο μετάβασης βήτα. Το υλικό διατηρείται σε αυτή τη θερμοκρασία για τουλάχιστον 1 ώρα πριν ψυχθεί με αέρα. Στη συνέχεια, το κράμα ξαναθερμαίνεται στους 1300-1400 βαθμούς Φαρενάιτ για τουλάχιστον 1 ώρα και στη συνέχεια ψύχεται με αέρα. Συνιστάται η ανόπτηση χαλάρωσης μετά από εργασίες συγκόλλησης.
