Stop tytanu TC4, stop tytanu typu -, został pomyślnie opracowany w Stanach Zjednoczonych w 1954 roku. Zawiera 6% pierwiastka stabilnego i 4% pierwiastka stabilnego V. Nominalny skład stopu tytanu TC4 jest równy 7.0 aluminium o równoważniku molibdenu 2,9. W stanie wyżarzonym stop zawiera 10%-15% fazy beta. Dodatek aluminium zwiększa wytrzymałość w temperaturze pokojowej oraz właściwości wytrzymałości cieplnej stopu poprzez wzmocnienie fazy poprzez roztwór stały w układzie Ti-Al-V. Z drugiej strony V służy jako jeden z niewielu pierwiastków stopowych, który poprawia zarówno wytrzymałość, jak i plastyczność stopów tytanu. W przeciwieństwie do większości pierwiastków stopowych, V ma korzystny wpływ na plastyczność stopów tytanu, ponieważ zmniejsza stosunek osi c/a sieci stanu -, sprzyjając tworzeniu się fazy - i zapobiegając długotrwałej kruchości stopu podczas użytkowania.
Stop tytanu TC4 wyróżnia się wyjątkową ogólną wydajnością i korzystnymi właściwościami procesu. Stop ten wykazuje umiarkowaną wytrzymałość w temperaturze pokojowej i wysoką wytrzymałość w podwyższonych temperaturach. Wykazuje godną podziwu odporność na pełzanie i stabilność termiczną, a także wysoką odporność na zmęczenie i odporność na propagację pęknięć w wodzie morskiej. Ponadto charakteryzuje się zadowalającą odpornością na pękanie i odpornością na korozję termiczną pod wpływem soli. Stop tytanu TC4 wykazuje również zmniejszoną wrażliwość na wodór w porównaniu ze stopami TC2 i TC1. W związku z tym stwierdza przydatność do wytwarzania różnych komponentów, które działają w szerokim zakresie temperatur od -196 do 450 stopni, w szczególności części zaprojektowanych z uwzględnieniem zasady granicy tolerancji na uszkodzenia.
Ponadto stop tytanu TC4 charakteryzuje się doskonałą ciągliwością i superplastycznością, dzięki czemu nadaje się do kształtowania przy użyciu różnych metod obróbki ciśnieniowej. Nadaje się również dobrze do spawania i obróbki skrawaniem, oferując wszechstronność w technikach produkcyjnych.
Stop tytanu TC4 jest dostępny w różnych postaciach półproduktów, w tym prętów, odkuwek, arkuszy, grubych blach, profili i drutów. Dodatkowo znajduje zastosowanie w odlewach (tzw. ZTC4).
Stop tytanu TC4ELI
TC4ELI to udoskonalona wersja stopu tytanu TC4, wyróżniająca się zmienioną zawartością aluminium i obniżonym poziomem pierwiastków międzywęzłowych, takich jak żelazo (Fe), azot (N), wodór (H) i tlen (O).
Stop tytanu TC4ELI zyskał na znaczeniu jako preferowany materiał na medyczne implanty chirurgiczne ze względu na jego wyjątkową biokompatybilność, niski moduł sprężystości, lekkość, odporność na korozję, nietoksyczność, wysoką granicę plastyczności, wydłużoną trwałość zmęczeniową, znaczną plastyczność w temperaturze pokojowej i łatwość odkształcalność. W medycynie arkusze stopu tytanu TC4ELI są wykorzystywane głównie do takich zastosowań, jak naprawa czaszki i stabilizacja kości, gdzie istnieją rygorystyczne wymagania dotyczące wytrzymałości, trwałości zmęczeniowej i plastyczności.
Stop tytanu, zawierający tytan jako pierwiastek podstawowy wraz z innymi pierwiastkami stopowymi, wykazuje dwie izomorficzne struktury krystaliczne. Poniżej 882 stopni tytan przyjmuje zwartą sześciokątną strukturę kratową znaną jako -tytan, podczas gdy powyżej 882 stopni przekształca się w skupioną na ciele sześcienną strukturę zwaną beta-tytanem. Starannie dodając odpowiednie pierwiastki stopowe w celu modyfikacji temperatury przejścia fazowego i składu komponentów, można otrzymać stopy tytanu o różnych strukturach, wykorzystując charakterystyczne cechy tych dwóch struktur.
Opierając się na stopie TC4, stop tytanu TC4ELI zmniejsza obecność pierwiastków śródmiąższowych, takich jak węgiel (C), tlen (O) i azot (N), a także pierwiastka zanieczyszczającego żelazo (Fe), co skutkuje redukcją wytrzymałość. Jednak ta regulacja znacznie zwiększa wydajność i wytrzymałość stopu. TC4ELI wykazuje doskonałą plastyczność, wytrzymałość, właściwości spawalnicze i działanie w niskich temperaturach, dzięki czemu ma szerokie zastosowanie w kluczowych dziedzinach, takich jak inżynieria niskotemperaturowa, zabiegi medyczne, statki i samoloty.
Chociaż stop TC4 nadaje się do stosowania w środowiskach o zwykłej lub wysokiej temperaturze, stop TC4ELI jest specjalnie zaprojektowany do środowisk o bardzo niskiej temperaturze.
Gatunki porównywalne ze stopem tytanu TC4 i stopem tytanu TC4ELI obejmują T-6A-4V/Grade 5 (gatunek amerykański), BT 6 (gatunek rosyjski), IMI 318 (gatunek brytyjski) i TiAI6V4 (gatunek niemiecki stopień).
W dziedzinie produkcji sprzętu medycznego tytan i stopy tytanu znajdują szerokie zastosowanie w leczeniu uszkodzeń kości i stawów spowodowanych urazami i nowotworami. Sztuczne stawy, płytki kostne i śruby są powszechnie wykonane z tytanu i stopów tytanu, które zyskały szeroką akceptację w praktyce klinicznej. Materiały te stosowane są w stawach biodrowych (w tym głowach kości udowych), stawach kolanowych, stawach łokciowych, stawach śródręczno-paliczkowych, stawach międzypaliczkowych, żuchwach, sztucznych trzonach kręgów (ortezy kręgosłupa), obudowach rozruszników serca, sztucznych sercach (zastawkach serca), sztucznych implantach dentystycznych, tytanie -niklowa ortodoncja stomatologiczna i siatka tytanowa do plastyki czaszki. Wysoka wytrzymałość właściwa, doskonała biokompatybilność i odporność na korozję pod wpływem płynów ustrojowych sprawiają, że tytan i stopy tytanu stają się coraz bardziej poszukiwanymi materiałami.
Ti 6Al-4V ELI to odmiana stopu Ti 6Al-4V charakteryzująca się węższą szczeliną strukturalną, umożliwiającą osiągnięcie maksymalnej wytrzymałości. Gatunek ten szczególnie dobrze nadaje się do zastosowań w wodzie morskiej i środowiskach o niskiej temperaturze. Zazwyczaj Ti 6Al-4V ELI stosuje się w stanie wyżarzonym i stanowi doskonały wybór do implantów medycznych.
Proces produkcyjny obejmuje wyżarzanie relaksacyjne, podczas którego stop jest chłodzony powietrzem w temperaturach od 900 do 1200 stopni Fahrenheita przez okres od 1 do 4 godzin. W przypadku prętów okrągłych i odkuwek stosuje się proces podwójnego wyżarzania. Początkowo wyżarzanie rozpuszczające prowadzi się w temperaturze od 50 do 100 stopni Fahrenheita powyżej punktu przejścia beta. Materiał utrzymuje się w tej temperaturze przez co najmniej 1 godzinę, a następnie schładza powietrzem. Następnie stop jest ponownie podgrzewany do temperatury 1300-1400 stopni Fahrenheita przez co najmniej 1 godzinę, a następnie chłodzony powietrzem. Po operacjach spawania zaleca się wyżarzanie relaksacyjne.
