Hợp kim titan TC4, một loại hợp kim titan, được Hoa Kỳ phát triển thành công vào năm 1954. Nó bao gồm 6% nguyên tố ổn định và 4% nguyên tố ổn định V. Thành phần danh nghĩa của hợp kim titan TC4 tương đương với 7.0 nhôm, với molypden tương đương 2,9. Ở trạng thái ủ, hợp kim chứa 10%{11}}% pha beta. Việc bổ sung nhôm giúp tăng cường độ bền ở nhiệt độ phòng và đặc tính độ bền nhiệt của hợp kim bằng cách tăng cường pha qua dung dịch rắn trong hệ thống Ti-Al-V. Mặt khác, V đóng vai trò là một trong số ít nguyên tố hợp kim giúp cải thiện cả độ bền và độ dẻo trong hợp kim titan. Không giống như hầu hết các nguyên tố hợp kim, V có tác dụng có lợi đối với độ dẻo của hợp kim titan vì nó làm giảm tỷ lệ trục c/a của mạng trạng thái -, thúc đẩy sự hình thành pha - và ngăn chặn sự giòn hợp kim lâu dài trong quá trình sử dụng.
Hợp kim titan TC4 nổi bật nhờ hiệu suất tổng thể vượt trội và các đặc tính quy trình thuận lợi. Hợp kim này thể hiện độ bền vừa phải ở nhiệt độ phòng và độ bền cao ở nhiệt độ cao. Nó thể hiện khả năng chống rão và ổn định nhiệt đáng ngưỡng mộ, cùng với khả năng chống mỏi cao và khả năng chống lan truyền vết nứt trong nước biển. Hơn nữa, nó tự hào có độ bền gãy thỏa đáng và khả năng chống ăn mòn do muối nhiệt. Hợp kim titan TC4 cũng cho thấy độ nhạy hydro giảm so với hợp kim TC2 và TC1. Do đó, nó nhận thấy sự phù hợp trong việc sản xuất các bộ phận khác nhau hoạt động trong phạm vi nhiệt độ rộng từ -196 đến 450 độ, đặc biệt là các bộ phận được thiết kế theo nguyên tắc giới hạn khả năng chịu hư hỏng.
Hơn nữa, hợp kim titan TC4 có độ dẻo và siêu dẻo tuyệt vời, khiến nó phù hợp để tạo hình bằng các phương pháp xử lý áp suất khác nhau. Nó cũng rất phù hợp với các hoạt động hàn và gia công, mang lại sự linh hoạt trong kỹ thuật chế tạo.
Hợp kim titan TC4 có sẵn ở các dạng bán thành phẩm khác nhau, bao gồm thanh, vật rèn, tấm, tấm dày, cấu hình và dây. Ngoài ra, nó còn tìm thấy ứng dụng trong vật đúc (gọi tắt là ZTC4).
Hợp kim titan TC4ELI
TC4ELI là phiên bản nâng cao của hợp kim titan TC4, được phân biệt bởi hàm lượng nhôm thay đổi và hàm lượng các nguyên tố xen kẽ giảm như sắt (Fe), nitơ (N), hydro (H) và oxy (O).
Hợp kim titan TC4ELI đã trở nên nổi bật như một vật liệu được ưa chuộng cho cấy ghép phẫu thuật y tế nhờ khả năng tương thích sinh học đặc biệt, mô đun đàn hồi thấp, tính chất nhẹ, chống ăn mòn, không độc hại, cường độ năng suất cao, tuổi thọ mỏi kéo dài, độ dẻo đáng kể ở nhiệt độ phòng và dễ dàng sử dụng. khả năng định hình. Trong lĩnh vực y tế, tấm hợp kim titan TC4ELI chủ yếu được sử dụng cho các ứng dụng như sửa chữa hộp sọ và cố định xương, nơi có các yêu cầu nghiêm ngặt về độ bền, tuổi thọ mỏi và độ dẻo.
Hợp kim titan, bao gồm titan là nguyên tố cơ bản cùng với các nguyên tố hợp kim khác, thể hiện hai cấu trúc tinh thể đẳng hình. Dưới 882 độ, titan sử dụng cấu trúc mạng lục giác đóng kín được gọi là -titanium, trong khi nó biến đổi thành cấu trúc mạng tinh thể lập phương tập trung vào cơ thể gọi là beta-titan trên 882 độ. Bằng cách kết hợp cẩn thận các nguyên tố hợp kim thích hợp để điều chỉnh nhiệt độ chuyển pha và thành phần thành phần, có thể thu được hợp kim titan với các cấu trúc khác nhau, tận dụng các đặc điểm riêng biệt của hai cấu trúc này.
Dựa trên nền tảng của hợp kim TC4, hợp kim titan TC4ELI làm giảm sự hiện diện của các nguyên tố xen kẽ như carbon (C), oxy (O) và nitơ (N), cũng như nguyên tố tạp chất sắt (Fe), dẫn đến giảm sức mạnh. Tuy nhiên, sự điều chỉnh này giúp tăng cường đáng kể khả năng chịu lực và độ dẻo dai của hợp kim. TC4ELI thể hiện độ dẻo, độ bền, hiệu suất hàn và hiệu suất nhiệt độ thấp tuyệt vời, khiến nó được áp dụng rộng rãi trong các lĩnh vực quan trọng như kỹ thuật nhiệt độ thấp, điều trị y tế, tàu thủy và máy bay.
Trong khi hợp kim TC4 phù hợp để sử dụng trong môi trường thông thường hoặc nhiệt độ cao thì hợp kim TC4ELI được thiết kế đặc biệt cho môi trường nhiệt độ cực thấp.
Các loại có thể so sánh với hợp kim titan TC4 và hợp kim titan TC4ELI bao gồm T-6A-4V/Cấp 5 (cấp của Mỹ), BT 6 (cấp của Nga), IMI 318 (cấp của Anh) và TiAI6V4 (cấp của Đức). cấp).
Trong lĩnh vực sản xuất thiết bị y tế, hợp kim titan và titan được sử dụng rộng rãi trong việc giải quyết các tổn thương xương và khớp do chấn thương và khối u. Khớp nhân tạo, tấm xương và ốc vít thường được làm từ titan và hợp kim titan, đã được chấp nhận rộng rãi trong thực hành lâm sàng. Những vật liệu này được sử dụng trong khớp hông (bao gồm cả đầu xương đùi), khớp gối, khớp khuỷu tay, khớp bàn ngón tay, khớp liên đốt, hàm dưới, thân đốt sống nhân tạo (chỉnh hình cột sống), vỏ máy điều hòa nhịp tim, tim nhân tạo (van tim), cấy ghép nha khoa nhân tạo, titan - chỉnh răng bằng niken và lưới titan để tạo hình sọ. Độ bền riêng cao, khả năng tương thích sinh học tuyệt vời và khả năng chống ăn mòn bởi chất lỏng cơ thể khiến titan và hợp kim titan ngày càng được săn lùng.
Ti 6Al-4V ELI là một biến thể của hợp kim Ti 6Al-4V có khe hở cấu trúc hẹp hơn, giúp nó đạt được độ bền tối đa. Loại này đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng trong môi trường nước biển và nhiệt độ thấp. Thông thường, Ti 6Al-4V ELI được sử dụng ở trạng thái ủ và là lựa chọn tuyệt vời cho cấy ghép y tế.
Quá trình sản xuất bao gồm ủ thư giãn, trong đó hợp kim được làm mát bằng không khí ở nhiệt độ từ 900 đến 1200 độ F trong thời gian từ 1 đến 4 giờ. Đối với các thanh tròn và vật rèn, quy trình ủ kép được sử dụng. Ban đầu, quá trình ủ dung dịch được tiến hành ở nhiệt độ từ 50 đến 100 độ F trên điểm chuyển tiếp beta. Vật liệu được giữ ở nhiệt độ này trong tối thiểu 1 giờ trước khi được làm mát bằng không khí. Sau đó, hợp kim được nung lại đến 1300-1400 độ F trong ít nhất 1 giờ rồi làm mát bằng không khí. Nên ủ thư giãn sau các hoạt động hàn.
