ASTM F136: základní průvodce

Vítej, milý čtenáři! Dnes se ponoříme do fascinujícího světa ASTM F136. Možná si teď říkáte: "Co je to proboha ASTM F136?" Nebojte se, poradím vám. Na konci tohoto rozsáhlého průvodce budete o tomto pozoruhodném materiálu vědět vše, co je třeba.

Přehled normy ASTM F136

ASTM F136, známá také jako titan 6Al-4V ELI (Extra Low Interstitial), je titanová slitina široce uznávaná pro své použití ve zdravotnictví. Tato slitina vyniká svou biokompatibilitou, odolností proti korozi a vynikajícími mechanickými vlastnostmi, což z ní činí vhodný materiál pro lékařské implantáty, chirurgické nástroje a další kritické aplikace.

Klíčové údaje normy ASTM F136

• Složení: Titan, hliník, vanad
• Vlastnosti: Vysoká pevnost, nízká hmotnost, odolnost proti korozi, biokompatibilita.
• Aplikace: Lékařské implantáty, chirurgické nástroje, letecké a kosmické komponenty
• Specifikace: Norma ASTM F136 definuje kvalitu a vlastnosti slitiny.

Typy, složení, vlastnosti a charakteristiky

Pro skutečné pochopení normy ASTM F136 je nezbytné porozumět jejímu složení, vlastnostem a charakteristikám. Pojďme si ji rozebrat:

Složení normy ASTM F136

Živel	Procento
titan (Ti)	88 – 90%
hliník (Al)	5.5 – 6.75%
Vanad (V)	3.5 – 4.5%
Kyslík (O)	≤ 0.13%
uhlík (C)	≤ 0,08%
dusík (N)	≤ 0,05%
Vodík (H)	≤ 0,0125%
železo (Fe)	≤ 0,25%

Vlastnosti a charakteristiky ASTM F136

Vlastnictví	Popis
Hustota	4,43 g/cm³
Youngův modul	110 GPa
Maximální pevnost v tahu	860 MPa
Mez kluzu	795 MPa
Prodloužení po přetržení	15%
Tvrdost	300 HV
Tepelná vodivost	6,7 W/m-K
Elektrický odpor	1,7 µΩ-m
Biokompatibilita	Vynikající (splňuje normy ASTM F136)
Odolnost proti korozi	Vysoká (odolnost vůči tělním tekutinám a chemikáliím)

Aplikace z ASTM F136

Norma ASTM F136 se používá především ve zdravotnictví, ale díky svým jedinečným vlastnostem má uplatnění i v jiných průmyslových odvětvích.

Lékařské aplikace

aplikace	Popis
Ortopedické implantáty	Náhrady kyčelního kloubu, kolenní klouby, páteřní implantáty
Zubní implantáty	Zubní kořeny, opěry, můstky
Chirurgické nástroje	Skalpely, kleště, retraktory
Kraniofaciální implantáty	Destičky, šrouby pro rekonstrukční chirurgii
Kardiovaskulární implantáty	Srdeční chlopně, stenty

Letecké aplikace

aplikace	Popis
Letecký a kosmický spojovací materiál	Šrouby, matice a vruty pro montáž letadel
Strukturální součásti	Konstrukce draku letadla, přistávací zařízení
Díly motoru	Lopatky turbíny, disky kompresoru

Průmyslové aplikace

aplikace	Popis
Chemické zpracování	Zařízení pro chemické závody, reaktory
Námořní aplikace	Stavba lodí, součásti pro vrtání na moři
Sportovní zboží	Vysoce výkonná jízdní kola, golfové hole

Specifikace, velikosti, třídy, normy

Při práci s materiálem ASTM F136 je nezbytné dodržovat stanovené normy, aby byla zajištěna integrita a výkonnost materiálu.

Specifikace a normy

Standard	Popis
ASTM F136	Standardní specifikace pro tepanou slitinu titanu-6-hliníku-4-vanadu ELI (extra low interstitial) pro chirurgické implantáty.

Velikosti a třídy

Rozsah velikostí	Popis
Bary	Průměr: 6 mm až 150 mm
Listy	Tloušťka: 0,5 až 5 mm
Desky	Tloušťka: 5 mm až 100 mm
Dráty	Průměr: 0,1 mm až 10 mm
Známky	Třída 23 (Ti 6Al-4V ELI)

Podrobnosti o dodavatelích a cenách

Najít správného dodavatele je klíčem k zajištění vysoce kvalitního materiálu ASTM F136. Zde je několik renomovaných dodavatelů a jejich cenové údaje.

Nejlepší dodavatelé

Dodavatel	Popis	Cena (přibližná)
ATI Metals	Přední světový výrobce a dodavatel titanu a dalších speciálních materiálů.	$50 - $100 za kg
Timet (Titanium Metals Corporation)	Významný výrobce výrobků na bázi titanu se zaměřením na letecké a lékařské aplikace.	$60 - $110 za kg
VSMPO-AVISMA	Největší světový výrobce titanu, který dodává vysoce kvalitní titanové slitiny.	$55 - $105 na kg
Toho Titanium	Japonský dodavatel známý vysokou čistotou a pokročilými titanovými výrobky.	$65 - $115 na kg
Arcam AB (GE Additive)	Specializuje se na aditivní výrobu a pokročilé materiály pro lékařské a letecké odvětví.	$70 - $120 na kg

Porovnání výhod a nevýhod

Při zvažování použití normy ASTM F136 je nutné zvážit její výhody a omezení.

Výhody normy ASTM F136

Výhoda	Popis
Biokompatibilita	Vynikající snášenlivost s lidskými tkáněmi, takže je ideální pro lékařské implantáty.
Odolnost proti korozi	Je vysoce odolný vůči tělesným tekutinám a chemikáliím, což zaručuje dlouhou životnost.
Mechanické vlastnosti	Vysoký poměr pevnosti a hmotnosti, takže je pevný a zároveň lehký.
Všestrannost	Vhodné pro širokou škálu aplikací, od lékařských až po letecké.

Omezení normy ASTM F136

Omezení	Popis
Náklady	Relativně drahé ve srovnání s jinými materiály.
Obrobitelnost	Vyžaduje specializované vybavení a techniky pro obrábění.
Dostupnost	Vzhledem k vysoké poptávce a specifickým výrobním procesům mohou být dodací lhůty delší.

Specifické modely kovového prášku

V oblasti aditivní výroby a pokročilých aplikací vyniká několik specifických modelů kovových prášků podle normy ASTM F136. Zde je několik významných příkladů:

Top modely kovových prášků

Modelka	Popis
Ti64 ELI od společnosti Arcam AB	Titanový prášek vysoké čistoty pro technologii EBM (Electron Beam Melting).
TLS Ti6Al4V ELI od TLS Technik	Vysoce kvalitní prášek pro selektivní laserové tavení (SLM) a další aditivní výrobní procesy.
AP&C Ti-6Al-4V ELI od GE Additive	Sférický titanový prášek navržený pro optimální tekutost a hustotu balení při aditivní výrobě.
Ti-6Al-4V ELI od společnosti Carpenter Additive	Vysoce výkonný prášek pro různé technologie 3D tisku, který zajišťuje konzistentní kvalitu a vlastnosti.
AMTi-6Al-4V ELI by Tekna	Plazmou atomizovaný titanový prášek pro vynikající výkon v aditivní výrobě.
Ti-6Al-4V ELI od společnosti Oerlikon Metco	Vysoce kvalitní prášek pro laserové plátování, aditivní výrobu a další pokročilé procesy.
Ti-6Al-4V ELI od LPW Technology	Prášek pro vysoce pevné a lehké aplikace v letectví a zdravotnictví.
Ti-6Al-4V ELI od společnosti Praxair Surface Technologies	Konzistentní a vysoce čistý prášek pro náročné aplikace aditivní výroby.
Ti-6Al-4V ELI od společnosti Sandvik	Prémiový titanový prášek pro aditivní výrobu, který zajišťuje vynikající mechanické vlastnosti a biokompatibilitu.
Ti-6Al-4V ELI od společnosti Renishaw	Univerzální prášek pro širokou škálu technologií aditivní výroby, který nabízí vysoký výkon a spolehlivost.

Srovnávací analýza modelů kovových prášků

Abychom vám pomohli učinit informované rozhodnutí, porovnáme tyto modely kovových prášků na základě různých parametrů.

Srovnání výkonu

Modelka	Tekutost	Hustota balení	Úroveň čistoty	Cenové rozpětí
Ti64 ELI od společnosti Arcam AB	Vynikající	Vysoký	Ultra-vysoký	$100 - $150/kg
TLS Ti6Al4V ELI od TLS Technik	Velmi dobře	Vysoký	Vysoký	$90 - $140/kg
AP&C Ti-6Al-4V ELI od GE Additive	Vynikající	Velmi vysoká	Ultra-vysoký	$110 - $160/kg
Ti-6Al-4V ELI od společnosti Carpenter Additive	Velmi dobře	Vysoký	Vysoký	$95 - $145/kg
AMTi-6Al-4V ELI by Tekna	Vynikající	Vysoký	Ultra-vysoký	$105 - $155/kg
Ti-6Al-4V ELI od společnosti Oerlikon Metco	Velmi dobře	Vysoký	Vysoký	$100 - $150/kg
Ti-6Al-4V ELI od LPW Technology	Vynikající	Velmi vysoká	Ultra-vysoký	$110 - $160/kg
Ti-6Al-4V ELI od společnosti Praxair Surface Technologies	Velmi dobře	Vysoký	Vysoký	$95 - $145/kg
Ti-6Al-4V ELI od společnosti Sandvik	Vynikající	Velmi vysoká	Ultra-vysoký	$110 - $160/kg
Ti-6Al-4V ELI od společnosti Renishaw	Vynikající	Vysoký	Vysoký	$100 - $150/kg

Srovnání výhod a nevýhod

Modelka	Klady	Nevýhody
Ti64 ELI od společnosti Arcam AB	Vysoká čistota, vynikající tekutost, spolehlivý výkon	Vyšší náklady ve srovnání s některými alternativami
TLS Ti6Al4V ELI od TLS Technik	Konzistentní kvalita, dobrý poměr ceny a výkonu	Mírně nižší hustota balení ve srovnání s ostatními.
AP&C Ti-6Al-4V ELI od GE Additive	Ultra vysoká čistota, velmi vysoká hustota balení	Vyšší cenové rozpětí
Ti-6Al-4V ELI od společnosti Carpenter Additive	Vysoký výkon, konzistentní vlastnosti	Střední až vyšší cenová kategorie
AMTi-6Al-4V ELI by Tekna	Vynikající výkon, vysoká čistota, vynikající pro aditivní výrobu	Vyšší náklady
Ti-6Al-4V ELI od společnosti Oerlikon Metco	Spolehlivý výkon, dobrá průtočnost	Střední až vyšší cenová kategorie
Ti-6Al-4V ELI od LPW Technology	Velmi vysoká čistota, vynikající hustota balení	Vyšší cenové rozpětí
Ti-6Al-4V ELI od společnosti Praxair Surface Technologies	Konzistentní kvalita, dobrý výkon	Střední až vyšší cenová kategorie
Ti-6Al-4V ELI od společnosti Sandvik	Prémiová kvalita, vynikající mechanické vlastnosti	Vyšší náklady
Ti-6Al-4V ELI od společnosti Renishaw	Vysoká spolehlivost, všestranné použití	Střední až vyšší cenová kategorie

FAQ

Co znamená zkratka ASTM F136?

ASTM F136 označuje standardní specifikaci pro tepanou slitinu titanu-6-hliníku-4-vanadu ELI (extra low interstitial), která se používá především pro chirurgické implantáty.

Proč se pro lékařské implantáty upřednostňuje norma ASTM F136?

Materiál ASTM F136 je pro lékařské implantáty preferován díky své vynikající biokompatibilitě, odolnosti proti korozi a vysoké mechanické pevnosti. Tyto vlastnosti zajišťují, že materiál odolá drsnému prostředí lidského těla a zůstane dlouhodobě funkční.

Jaké jsou hlavní prvky normy ASTM F136?

Základními prvky v normě ASTM F136 jsou titan (Ti), hliník (Al) a vanad (V), přičemž titan je převažující složkou.

Jak se obvykle vyrábí ASTM F136?

ASTM F136 se vyrábí různými procesy, včetně kování, válcování a tepelného zpracování, aby se dosáhlo požadovaných mechanických vlastností a zajistil soulad s normovými specifikacemi.

Kde jinde než v lékařství se používá norma ASTM F136?

Kromě lékařství se norma ASTM F136 používá také v letectví a kosmonautice pro konstrukční součásti, spojovací materiál a součásti motorů a také v průmyslových aplikacích, jako je chemické zpracování a lodní inženýrství.

Je norma ASTM F136 vhodná pro 3D tisk?

Ano, norma ASTM F136 se široce používá v aditivní výrobě, zejména ve formě titanového prášku pro technologie 3D tisku, jako je tavení elektronovým svazkem (EBM) a selektivní laserové tavení (SLM).

Je norma ASTM F136 drahá?

ASTM F136 je relativně dražší než jiné materiály kvůli svým vysokým výkonům a specializovaným aplikacím, přičemž ceny se obvykle pohybují od $50 do $160 za kilogram v závislosti na dodavateli a formě (tyče, plechy, prášek atd.).

Závěr

Tady máte komplexního průvodce ASTM F136! Probrali jsme vše od jeho složení a vlastností až po jeho aplikace, specifikace a dokonce i hluboký ponor do různých modelů kovových prášků pro pokročilou výrobu. Ať už uvažujete o použití ASTM F136 pro lékařské implantáty, letecké součástky nebo jiné vysoce výkonné aplikace, tato příručka by vám měla sloužit jako zdroj informací.

znát více procesů 3D tisku

Additional FAQs on ASTM F136

1) What differentiates ASTM F136 (Grade 23) from ASTM F1472 (Grade 5) Ti-6Al-4V?

• ASTM F136 is the ELI (Extra-Low Interstitial) version with tighter limits on O, N, C, H, improving fracture toughness and fatigue performance for implants. F1472 allows higher interstitials and is typically used for non-implant applications.

2) Which tests are mandatory to certify material to ASTM F136?

• Chemical analysis (including interstitials), tensile properties, reduction of area/elongation, microstructural verification (alpha/beta), and melt practice traceability. For implants, many OEM specs also require low inclusion content and fracture toughness or fatigue testing.

3) How does surface condition affect implant performance for ASTM F136?

• Surface roughness, residual stress, and contamination strongly influence fatigue strength and osseointegration. Polishing, blasting, acid etch, or TiO2 anodizing are used per device function; all must preserve ELI cleanliness.

4) Is recycled titanium allowed in ASTM F136 melts?

• The standard permits revert with strict control; however, many medical OEMs cap revert content and require documented segregation and inclusion control to meet risk-management and regulatory expectations.

5) What additive manufacturing (AM) considerations apply to ASTM F136 powder?

• AM-grade powder requires high sphericity, tight PSD (e.g., 15–45 μm for LPBF), and low O/N/H. Post-build HIP + stress relief is common to improve fatigue. Powder reuse must be controlled to limit oxygen pickup and PSD drift per ISO/ASTM 52907.

2025 Industry Trends for ASTM F136

• AM dominance in ortho/dental: Growing share of acetabular cups, cages, and patient-specific implants produced via LPBF/EBM using ASTM F136 powders, with routine HIP for fatigue-critical parts.
• Powder passports: End-to-end genealogy linking melt heat, PSD, O/N/H, reuse cycles, and build parameters becomes standard in MDR/FDA submissions.
• Low-helium strategies: Plasma/GA atomizers reduce helium reliance, cutting powder cost volatility while maintaining powder sphericity and cleanliness.
• Surface engineering: Controlled roughness and porous lattices for enhanced osseointegration, validated with standardized fatigue-on-porous coupons.
• Sustainability: Environmental Product Declarations (EPDs) and Scope 3 reporting increasingly required in tenders for implant supply chains.

2025 Snapshot: ASTM F136 Production and AM Benchmarks (indicative)

Metrický	2023	2024	2025 YTD	Notes/Sources
Typical oxygen content in bar (% wt)	0.10–0.13	0.09–0.12	0.08–0.11	Within ASTM F136 limit ≤0.13
LPBF density (as-built, %)	99.5–99.8	99.6–99.9	99.7–99.95	Process optimized; preheat strategies
HIPed fatigue improvement (R=0.1, 10^7 cycles)	+20–40%	+25–45%	+25–50%	Depends on surface and lattice
Powder reuse cycles (with O control)	6–10	8–12	10-15	With top-up and sieving management
Pump-down time EBM (min)	45–90	40–80	35–70	Cryopump adoption

References: ASTM F136; ISO 5832-3; ISO/ASTM 52907/52908; FDA, EU MDR guidance; OEM and supplier notes (GE Additive/AP&C, Carpenter Additive, Höganäs); NIST AM Bench.

Latest Research Cases

Case Study 1: Improving Fatigue of LPBF ASTM F136 Acetabular Cups via HIP and Surface Control (2025)

• Background: An orthopedic manufacturer observed scatter in rotating-bending fatigue on porous-backed cups.
• Solution: Implemented powder passport tracking (O/N/H, PSD, reuse count), HIP at 920°C/100 MPa/2 h, and controlled grit blast followed by acid etch to target Ra 1.2–1.8 μm on functional surfaces.
• Results: Endurance limit +32% at 10^7 cycles; between-lot COV reduced from 18% to 9%; CT-indicated pore clusters >150 μm reduced by 70%.

Case Study 2: Machined vs AM ASTM F136 Spinal Cages—Qualification Pathway (2024)

• Background: A spine device firm evaluated switching from machined bar to LPBF latticed cages to enhance fusion.
• Solution: Comparative qualification including chemistry, tensile, LCF/HCF fatigue, corrosion (ASTM F2129), and particulate shedding; validated with animal model histology for bone ingrowth.
• Results: AM design achieved equivalent static strength, 28% higher compressive fatigue limit, and 2× bone ingrowth area at 12 weeks; regulatory submission included full AM process validation and powder control plan.

Názory odborníků

• Prof. Todd Palmer, Professor of Engineering, Penn State
• Viewpoint: “For ASTM F136 in AM, oxygen control across powder lifecycle is the single most leverageable variable for fatigue—more than minor parameter tweaks.”
• Annika Ölme, VP Technology, GE Additive (Arcam EBM)
• Viewpoint: “Combining EBM preheat with HIP delivers consistent fatigue for porous implant structures while preserving osseointegration-friendly surfaces.”
• Dr. John Slotwinski, Director of Materials Engineering, Relativity Space
• Viewpoint: “Digital material passports linking melt, powder, and build data are becoming essential quality artifacts—healthcare regulators increasingly expect them.”

Practical Tools and Resources

• Normy
• ASTM F136 (Ti-6Al-4V ELI), ISO 5832-3 (surgical implants): https://www.astm.org | https://www.iso.org
• ISO/ASTM 52907 (AM feedstock), 52908 (AM post-processing), 52920 (qualification)
• Regulatory and guidance
• FDA guidance on AM of medical devices; EU MDR implantable device requirements
• Metrology and QA
• LECO (O/N/H), PSD: ASTM B822; density/flow: ASTM B212/B213; CT per ASTM E07
• AM process tools
• Simulation and build prep: Materialise Magics, Ansys Additive, Siemens NX AM
• NIST AM Bench datasets for Ti-6Al-4V process–structure–property correlations
• Surface and corrosion
• ASTM F2129 (corrosion of metallic implants), ISO 10993 (biocompatibility evaluation)

Last updated: 2025-10-16
Changelog: Added 5 focused FAQs; introduced a 2025 benchmark table for ASTM F136 production and AM use; provided two case studies (LPBF cups with HIP; spinal cage qualification); included expert viewpoints; compiled standards, regulatory, QA, and AM tools resources
Next review date & triggers: 2026-03-31 or earlier if ASTM/ISO implant standards update, regulators issue new AM guidance, or major OEMs revise powder passport and HIP best practices