Die Titanlegierung TC4, eine Titanlegierung vom Typ -, wurde 1954 von den Vereinigten Staaten erfolgreich entwickelt. Sie besteht aus 6 % stabilem Element und 4 % stabilem Element V. Die nominelle Zusammensetzung der TC4-Titanlegierung entspricht 7.0 Aluminium mit einem Molybdänäquivalent von 2,9. Im geglühten Zustand enthält die Legierung 10 %-15 % Betaphase. Der Zusatz von Aluminium erhöht die Festigkeit bei Raumtemperatur und die thermischen Festigkeitseigenschaften der Legierung durch die Verstärkung der Phase durch feste Lösung im Ti-Al-V-System. Andererseits dient V als eines der wenigen Legierungselemente, das sowohl die Festigkeit als auch die Plastizität von Titanlegierungen verbessert. Im Gegensatz zu den meisten Legierungselementen wirkt sich V positiv auf die Plastizität von Titanlegierungen aus, da es das c/a-Achsenverhältnis des Gitters im -Zustand verringert, die Bildung der -Phase fördert und eine langfristige Versprödung der Legierung während des Gebrauchs verhindert.
Die Titanlegierung TC4 zeichnet sich durch außergewöhnliche Gesamtleistung und günstige Prozesseigenschaften aus. Diese Legierung weist bei Raumtemperatur eine mäßige Festigkeit und bei erhöhten Temperaturen eine hohe Festigkeit auf. Es weist eine bewundernswerte Kriechfestigkeit und thermische Stabilität sowie eine hohe Ermüdungsbeständigkeit und Rissausbreitungsbeständigkeit in Meerwasser auf. Darüber hinaus weist es eine zufriedenstellende Bruchzähigkeit und Korrosionsbeständigkeit bei thermischer Salzbelastung auf. Die Titanlegierung TC4 weist im Vergleich zu den Legierungen TC2 und TC1 auch eine geringere Wasserstoffempfindlichkeit auf. Folglich eignet es sich für die Herstellung verschiedener Komponenten, die in einem breiten Temperaturbereich von -196 bis 450 Grad arbeiten, insbesondere für Teile, die unter Berücksichtigung des Prinzips der Schadenstoleranzgrenze entwickelt wurden.
Darüber hinaus weist die Titanlegierung TC4 eine hervorragende Duktilität und Superplastizität auf und eignet sich daher für die Formgebung mit verschiedenen Druckverarbeitungsverfahren. Es eignet sich auch gut für Schweiß- und Bearbeitungsvorgänge und bietet Vielseitigkeit bei den Fertigungstechniken.
Die Titanlegierung TC4 ist in verschiedenen Halbzeugformen erhältlich, darunter Stangen, Schmiedeteile, Bleche, dicke Platten, Profile und Drähte. Darüber hinaus findet es Anwendung in Gussteilen (bezeichnet als ZTC4).
TC4ELI Titanlegierung
TC4ELI ist eine verbesserte Version der TC4-Titanlegierung, die sich durch einen veränderten Aluminiumgehalt und einen geringeren Gehalt an interstitiellen Elementen wie Eisen (Fe), Stickstoff (N), Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O) auszeichnet.
Die Titanlegierung TC4ELI hat aufgrund ihrer außergewöhnlichen Biokompatibilität, ihres niedrigen Elastizitätsmoduls, ihres geringen Gewichts, ihrer Korrosionsbeständigkeit, ihrer Ungiftigkeit, ihrer hohen Streckgrenze, ihrer verlängerten Ermüdungslebensdauer, ihrer beträchtlichen Plastizität bei Raumtemperatur und ihrer einfachen Verarbeitung als bevorzugtes Material für medizinisch-chirurgische Implantate an Bedeutung gewonnen Formbarkeit. Im medizinischen Bereich werden TC4ELI-Titanlegierungsbleche vorwiegend für Anwendungen wie Schädelreparatur und Knochenfixierung eingesetzt, bei denen strenge Anforderungen an Festigkeit, Ermüdungslebensdauer und Plastizität bestehen.
Titanlegierungen, bestehend aus Titan als Grundelement und anderen Legierungselementen, weisen zwei isomorphe Kristallstrukturen auf. Unterhalb von 882 Grad nimmt Titan eine dicht gepackte hexagonale Gitterstruktur an, die als -Titan bekannt ist, während es sich oberhalb von 882 Grad in eine kubisch-raumzentrierte Gitterstruktur namens Beta-Titan umwandelt. Durch sorgfältige Einbeziehung geeigneter Legierungselemente zur Modifizierung der Phasenübergangstemperatur und der Komponentenzusammensetzung können Titanlegierungen mit unterschiedlichen Strukturen erhalten werden, die sich die besonderen Eigenschaften dieser beiden Strukturen zunutze machen.
Aufbauend auf der Grundlage der TC4-Legierung reduziert die TC4ELI-Titanlegierung das Vorhandensein interstitieller Elemente wie Kohlenstoff (C), Sauerstoff (O) und Stickstoff (N) sowie des Verunreinigungselements Eisen (Fe), was zu einer Reduzierung führt Stärke. Durch diese Anpassung werden jedoch die Belastbarkeit und Zähigkeit der Legierung deutlich verbessert. TC4ELI weist eine hervorragende Plastizität, Zähigkeit, Schweißleistung und Leistung bei niedrigen Temperaturen auf und ist daher in wichtigen Bereichen wie der Tieftemperaturtechnik, medizinischen Behandlungen, Schiffen und Flugzeugen weit verbreitet.
Während die TC4-Legierung für den Einsatz in normalen oder Hochtemperaturumgebungen geeignet ist, ist die TC4ELI-Legierung speziell für Umgebungen mit extrem niedrigen Temperaturen konzipiert.
Vergleichbare Qualitäten mit der Titanlegierung TC4 und der Titanlegierung TC4ELI umfassen T-6A-4V/Grade 5 (amerikanische Qualität), BT 6 (russische Qualität), IMI 318 (britische Qualität) und TiAI6V4 (deutsche Qualität). Grad).
Im Bereich der Herstellung medizinischer Geräte werden Titan und Titanlegierungen häufig zur Behandlung von Knochen- und Gelenkschäden eingesetzt, die durch Traumata und Tumore verursacht werden. Künstliche Gelenke, Knochenplatten und Schrauben werden üblicherweise aus Titan und Titanlegierungen hergestellt, die in der klinischen Praxis breite Akzeptanz gefunden haben. Diese Materialien werden in Hüftgelenken (einschließlich Femurköpfen), Kniegelenken, Ellenbogengelenken, Grundgelenken, Interphalangealgelenken, Mandibeln, künstlichen Wirbelkörpern (Wirbelsäulenorthesen), Herzschrittmachergehäusen, künstlichen Herzen (Herzklappen), künstlichen Zahnimplantaten und Titan eingesetzt -Nickel-Zahnkieferorthopädie und Titannetz für die Kranioplastik. Die hohe spezifische Festigkeit, die hervorragende Biokompatibilität und die Beständigkeit gegen Korrosion durch Körperflüssigkeiten machen Titan und Titanlegierungen zu immer gefragteren Materialien.
Ti 6Al-4V ELI ist eine Variante der Ti 6Al-4V-Legierung, die einen engeren Strukturspalt aufweist, wodurch eine maximale Zähigkeit erreicht wird. Diese Sorte eignet sich besonders gut für Anwendungen in Meerwasser- und Tieftemperaturumgebungen. Typischerweise wird Ti 6Al-4V ELI im geglühten Zustand verwendet und ist eine ausgezeichnete Wahl für medizinische Implantate.
Der Produktionsprozess umfasst ein Entspannungsglühen, bei dem die Legierung für eine Dauer von 1 bis 4 Stunden bei Temperaturen zwischen 900 und 1200 Grad Fahrenheit luftgekühlt wird. Bei Rundstäben und Schmiedestücken kommt ein Doppelglühverfahren zum Einsatz. Das Lösungsglühen wird zunächst bei einer Temperatur von 50 bis 100 Grad Fahrenheit über dem Beta-Übergangspunkt durchgeführt. Das Material wird mindestens 1 Stunde lang auf dieser Temperatur gehalten, bevor es an der Luft abgekühlt wird. Anschließend wird die Legierung erneut für mindestens eine Stunde auf 1300-1400 Grad Fahrenheit erhitzt und dann an der Luft abgekühlt. Im Anschluss an Schweißarbeiten wird ein Entspannungsglühen empfohlen.
