Ti-6Al-4V ELI (Grade 23) Титановые сплавы

Введение в Ti-6Al-4V ELI

Ti-6Al-4V ELI (Extra Low Interstitial, сверхнизкое содержание межузельных элементов) — это улучшенная версия Ti-6Al-4V (Grade 5), α+β двухфазный титановый сплав. Основная особенность заключается в том, что в сплаве ELI содержание таких примесей, как кислород, углерод, азот, железо, значительно ниже по сравнению с обычным Ti-6Al-4V, что повышает его прочность, усталостную стойкость и сопротивление трещинообразованию. Благодаря отличной биосовместимости, механическим свойствам и коррозионной стойкости Ti-6Al-4V ELI широко используется в медицине, аэрокосмической и высокотехнологичной промышленности.

Сверхнизкое содержание межузельных элементов придает сплаву ELI преимущества перед обычным Ti-6Al-4V, что делает его особенно подходящим для приложений, требующих высокой прочности при разрушении и усталостной стойкости.

Химический состав Ti-6Al-4V ELI

Химический состав Ti-6Al-4V ELI соответствует стандартам ASTM F136, ASTM B348, AMS 4907 и следующим данным (единица: %):

• Ti: остаток

• Al: 5.5–6.5

• V: 3.5–4.5

• O ≤ 0.13

• C ≤ 0.08

• N ≤ 0.03

• H ≤ 0.0125

• Fe ≤ 0.25

По сравнению с обычным Ti-6Al-4V (Grade 5) сплав ELI имеет более низкие пределы содержания кислорода (0.13% против 0.20%), а также более строгий контроль за содержанием азота, водорода и других межузельных элементов.

Физические свойства Ti-6Al-4V ELI

• Плотность: 4.44 г/см³

• Точка плавления: 1604-1660°C

• Модуль упругости: 110 ГПа

• Теплопроводность: 6.6 Вт/м·K

• Удельная теплоемкость: 560 Дж/кг·K

• Электрическое сопротивление: 1.63×10⁻⁶ Ом·м

Сочетание низкой плотности и высокой прочности делает Ti-6Al-4V ELI идеальным выбором для аэрокосмической промышленности и медицинских имплантатов.

Механические свойства Ti-6Al-4V ELI

Механические свойства Ti-6Al-4V ELI превосходят таковые у обычного Ti-6Al-4V (Grade 5), особенно по низкотемпературной прочности и усталостной стойкости.

Ti-6Al-4V ELI сохраняет хорошую прочность при низких температурах, что делает его подходящим для применения в таких экстремальных условиях, как глубоководные и аэрокосмические.

Основные характеристики Ti-6Al-4V ELI

1. Высокая прочность, низкая плотность

• Его прочность выше, чем у большинства стальных сплавов, но плотность составляет всего 57% от плотности стали, что делает его идеальным материалом для легких и высокопрочных конструкций.

2. Отличная коррозионная стойкость

• Сплав обладает превосходной коррозионной стойкостью в морской воде, кислых средах и физиологических жидкостях, что делает его особенно подходящим для медицинских имплантатов и морских инженерных применений.

3. Отличная биосовместимость

• Благодаря низкой токсичности, устойчивости к физиологическому коррозионному воздействию и хорошей совместимости с тканями Ti-6Al-4V ELI широко используется в ортопедических и стоматологических имплантах, таких как искусственные суставы, костные пластины и зубные имплантаты.

4. Превосходная прочность на разрыв и усталостная стойкость

• Благодаря более низкому содержанию межузельных элементов (O, N, C, H и т.д.), Ti-6Al-4V ELI обладает лучшей прочностью на разрыв и усталостной стойкостью, чем обычный Grade 5, особенно при низких температурах и при высоком циклическом нагружении.

5. Хорошая обрабатываемость

• Сплав подходит для различных способов обработки, таких как ковка, механическая обработка, 3D-печать (SLM/EBM), что позволяет удовлетворить различные технологические требования.

Применения Ti-6Al-4V ELI

1. Медицинские имплантаты

• Ортопедия: искусственные суставы (тазобедренные, коленные), костные фиксирующие устройства, импланты для позвоночника

• Стоматология: зубные имплантаты, зубные мосты, ортодонтические скобы

• Сердечно-сосудистые заболевания: стенты для сердечных клапанов, имплантируемые медицинские устройства

• Хирургические инструменты: хирургические ножи, костные пилы, щипцы и т.д.

2. Аэрокосмическая промышленность

• Структурные элементы фюзеляжа, детали двигателя (например, роторы, лопасти вентиляторов)

• Соединительные элементы космических аппаратов, несущие конструкции

• Космические аппараты для глубококосмических исследований, компоненты спутников

3. Высокотехнологичная промышленность

• Морская инженерия: оболочки глубоководных подводных аппаратов, соединительные элементы подводных трубопроводов

• Спортивное оборудование: высококачественные велосипедные рамы, клюшки для гольфа

• Автомобильное производство: детали для гоночных автомобилей, такие как элементы подвески, тормозные диски и т.д.

Условия формования и обработки

1. Механическая обработка

• Ti-6Al-4V ELI склонен к закаливанию при обработке, поэтому для резки следует использовать острые инструменты (например, карбидные инструменты).

• Рекомендуется использовать низкие скорости и высокие подачи, а также охлаждающие жидкости для снижения износа инструмента.

2. Сварка

• Возможна сварка TIG, лазерная сварка и сварка электронным лучом, но она должна проводиться в вакууме или под защитой инертного газа, чтобы предотвратить окисление.

3. Термическая обработка

• Отжиг: выдержка при 700-850°C в течение 1-2 часов для повышения прочности и обрабатываемости.

• Растворение + старение: растворение при 940-970°C с последующим быстрым охлаждением, затем старение при 500-600°C для повышения прочности.

4. 3D-печать

• Ti-6Al-4V ELI подходит для аддитивного производства с использованием избирательного лазерного плавления (SLM) и электронного лучевого плавления (EBM), что идеально подходит для производства сложных конструкций.

Сравнение Ti-6Al-4V ELI и Ti-6Al-4V (Grade 5)

Контакты

• Электронная почта: genieoffice.cn@gmail.com