Yhdysvallat kehitti menestyksekkäästi TC4-titaaniseoksen, tyyppisen titaaniseoksen, vuonna 1954. Se sisältää 6 % stabiilia alkuainetta ja 4 % stabiilia elementtiä V. TC4-titaaniseoksen nimellinen koostumus vastaa 7:ää.0 alumiinia, jonka molybdeeniekvivalentti on 2,9. Hehkutetussa tilassaan seos sisältää 10 % -15 % beetafaasia. Alumiinin lisääminen parantaa lejeeringin lujuutta huoneenlämpötilassa ja lämpölujuusominaisuuksia vahvistamalla faasia kiinteän liuoksen kautta Ti-Al-V-järjestelmässä. Toisaalta V toimii yhtenä harvoista seosaineelementeistä, joka parantaa sekä lujuutta että plastisuutta titaaniseoksissa. Toisin kuin useimmat seosaineet, V:llä on edullinen vaikutus titaaniseosten plastisuuteen, koska se vähentää -tilahilan c/a-akselisuhdetta, edistää -faasin muodostumista ja estää seoksen pitkäaikaista haurautta käytön aikana.
TC4-titaaniseos erottuu poikkeuksellisesta kokonaissuorituskyvystään ja suotuisista prosessiominaisuuksistaan. Tällä lejeeringillä on kohtalainen lujuus huoneenlämpötilassa ja korkea lujuus korotetuissa lämpötiloissa. Se osoittaa ihailtavaa virumis- ja lämpökestävyyttä sekä korkeaa väsymiskestävyyttä ja halkeamien etenemiskestävyyttä merivedessä. Lisäksi sillä on tyydyttävä murtolujuus ja lämpösuolarasituskorroosionkestävyys. TC4-titaaniseoksessa on myös pienempi vetyherkkyys verrattuna TC2- ja TC1-seoksiin. Näin ollen se soveltuu erilaisten komponenttien valmistukseen, jotka toimivat laajalla lämpötila-alueella -196 - 450 astetta, erityisesti osien, jotka on suunniteltu vaurioitumisrajan periaatetta silmällä pitäen.
Lisäksi TC4-titaaniseoksella on erinomainen sitkeys ja superplastisuus, mikä tekee siitä sopivan muotoiluun erilaisilla painekäsittelymenetelmillä. Se soveltuu hyvin myös hitsaus- ja koneistustöihin ja tarjoaa monipuolisuutta valmistustekniikoihin.
TC4-titaaniseosta on saatavana erilaisissa puolivalmiissa muodoissa, mukaan lukien tangot, takeet, levyt, paksut levyt, profiilit ja langat. Lisäksi sitä voidaan käyttää valukappaleissa (kutsutaan nimellä ZTC4).
TC4ELI titaaniseos
TC4ELI on paranneltu versio TC4-titaaniseoksesta, joka erottuu muuttuneesta alumiinipitoisuudestaan ja vähentyneestä interstitiaalisten elementtien, kuten raudan (Fe), typen (N), vedyn (H) ja hapen (O), määrästä.
TC4ELI-titaaniseos on noussut suosituimpana materiaalina lääketieteellisissä kirurgisissa implanteissa sen poikkeuksellisen biologisen yhteensopivuuden, alhaisen kimmokertoimen, kevyen luonteensa, korroosionkestävyyden, myrkyllisyyden, korkean myötörajan, pidentyneen väsymisiän, huomattavan huoneenlämpötilan plastisuuden ja helppouden ansiosta. muotoiltavuus. Lääketieteen alalla TC4ELI-titaaniseoslevyjä käytetään pääasiassa sovelluksissa, kuten kallon korjaamisessa ja luun kiinnittämisessä, joissa lujuudelle, väsymiskestolle ja plastisuudelle on asetettu tiukat vaatimukset.
Titaaniseoksella, joka sisältää titaania peruselementtinä muiden seosten kanssa, on kaksi isomorfista kiderakennetta. Alle 882 astetta titaanissa on tiiviisti pakattu kuusikulmainen hilarakenne, joka tunnetaan nimellä -titaani, kun taas 882 asteen yläpuolella se muuttuu kehokeskeiseksi kuutiohilarakenteeksi, jota kutsutaan beta-titaaniksi. Lisäämällä huolellisesti sopivia seosaineita faasimuutoslämpötilan ja komponenttien koostumuksen muuttamiseksi, voidaan saada titaaniseoksia, joilla on erilaisia rakenteita, hyödyntäen näiden kahden rakenteen erityispiirteitä.
TC4-lejeeringin pohjalle rakennettu TC4ELI-titaaniseos vähentää interstitiaalisia elementtejä, kuten hiiltä (C), happea (O) ja typpeä (N), sekä epäpuhtauselementtejä rautaa (Fe), mikä vähentää vahvuus. Tämä säätö kuitenkin parantaa merkittävästi lejeeringin kapasiteettia ja sitkeyttä. TC4ELI:llä on erinomainen plastisuus, sitkeys, hitsaussuorituskyky ja suorituskyky alhaisissa lämpötiloissa, mikä tekee siitä laajan käyttökelpoisuuden tärkeillä aloilla, kuten matalan lämpötilan suunnittelussa, lääketieteellisissä hoidoissa, laivoissa ja lentokoneissa.
Vaikka TC4-seos soveltuu käytettäväksi tavallisissa tai korkeissa lämpötiloissa, TC4ELI-seos on suunniteltu erityisesti erittäin alhaisiin lämpötiloihin.
TC4-titaaniseokselle ja TC4ELI-titaaniseokselle vertailukelpoisia laatuja ovat T-6A-4V/Grade 5 (amerikkalainen laatu), BT 6 (venäläinen laatu), IMI 318 (brittiläinen laatu) ja TiAI6V4 (saksalainen). arvosana).
Lääketieteellisten laitteiden valmistuksessa titaania ja titaaniseoksia käytetään laajasti traumojen ja kasvainten aiheuttamien luu- ja nivelvaurioiden hoidossa. Keinotekoiset liitokset, luulevyt ja ruuvit valmistetaan yleisesti titaanista ja titaaniseoksista, jotka ovat saaneet laajan hyväksynnän kliinisessä käytännössä. Näitä materiaaleja käytetään lonkkanivelissä (mukaan lukien reisiluun päät), polvinivelissä, kyynärnivelissä, kämmenten välisissä nivelissä, alaleuoissa, keinotekoisissa nikamakappaleissa (selkärangan ortoosit), tahdistimen koteloissa, tekosydämissä (sydänläppäissä), keinotekoisissa hammasimplanteissa, titaanissa -nikkelihammasoikomishoidot ja titaaniverkko kranioplastiaan. Suuri ominaislujuus, erinomainen bioyhteensopivuus ja kehon nesteiden korroosionkestävyys tekevät titaanista ja titaaniseosista yhä halutumpia materiaaleja.
Ti 6Al-4V ELI on muunnelma Ti 6Al-4V -seoksesta, jossa on kapeampi rakenteellinen rako, mikä mahdollistaa maksimaalisen sitkeyden. Tämä laatu soveltuu erityisen hyvin sovelluksiin merivedessä ja matalassa lämpötilassa. Tyypillisesti Ti 6Al-4V ELI:tä käytetään hehkutetussa tilassa, ja se on erinomainen valinta lääketieteellisiin implantteihin.
Tuotantoprosessi sisältää relaksaatiohehkutuksen, jossa metalliseos ilmajäähdytetään 900-1200 Fahrenheit-asteen lämpötiloissa 1-4 tunnin ajan. Pyöreille tankoille ja takomoille käytetään kaksoishehkutusprosessia. Aluksi liuoshehkutus suoritetaan lämpötilassa, joka on 50-100 Fahrenheit-astetta beeta-siirtymäpisteen yläpuolella. Materiaalia pidetään tässä lämpötilassa vähintään 1 tunti ennen ilmajäähdyttämistä. Sen jälkeen seos kuumennetaan uudelleen 1300-1400 Fahrenheit-asteeseen vähintään 1 tunniksi ja ilmajäähdytetään. Hitsaustoimenpiteiden jälkeen suositellaan relaksaatiohehkutusta.
