Prášek Ti6Al4V

Přehled

Prášek Ti6Al4V, známý také jako Ti-6Al-4V, titan Grade 5, Ti 6-4 nebo Ti 6/4, je prášek ze slitiny titanu skládající se z titanu, 6 % hliníku a 4 % vanadu. Nabízí výjimečnou kombinaci vysoké pevnosti, nízké hmotnosti, odolnosti proti korozi a biokompatibility, díky čemuž je extrémně všestranným materiálem pro pokročilé aplikace v letectví, lékařských zařízeních, námořním hardwaru a dalších.

Ti6Al4V je považován za tahouna titanových slitin, který představuje více než 50 % celkového využití titanu na celém světě. Má jeden z nejlepších poměrů pevnosti a hmotnosti ze všech kovových materiálů a zachovává si své vlastnosti při extrémních teplotách.

Některé klíčové vlastnosti a charakteristiky prášku Ti6Al4V zahrnují:

Vynikající poměr pevnosti a hmotnosti, vysoká specifická pevnost
Nízká hustota – 4,43 g/cm3
Vysoká odolnost proti korozi
Biokompatibilita a schopnost osseointegrace
Dobré vlastnosti při vysokých teplotách – použitelné do 400 °C s odolností proti oxidaci do 550 °C
Vysoká lomová houževnatost a únavová pevnost
K dispozici v různých rozsazích velikostí a morfologiích – sférické, úhlové

Díky svým všestranným vlastnostem nachází Ti6Al4V dnes rozmanité aplikace napříč průmyslovými odvětvími.

Typy prášku Ti6Al4V

Prášek ze slitiny Ti6Al4V je k dispozici v různých distribucích velikostí, tvarech a výrobních metodách, aby vyhovoval specifickým aplikacím:

Typ	Charakteristika
Sférické atomizované plynem	– Téměř sférická morfologie, hladký povrch – Přesná kontrola velikosti částic – Používá se v AM, MIM, termickém stříkání
Sférické plazmově atomizované	– Vysoce sférické s hladkým povrchem – Úzká distribuce velikosti – Používá se v procesech AM
Hydrid-dehydrid (HDH)	– Nepravidelná, úhlová morfologie – Porézní, houbovité částice – Nižší výrobní náklady – Používá se v MIM, lisování, termickém stříkání

Velikost částic: K dispozici od 15 mikronů do 150+ mikronů v závislosti na výrobní metodě

Rozložení velikosti: Tříděné/prosévané, směsované nebo vlastní specifikace

standardy: ASTM B348, AMS 4943, AMS 4928, AMS 4967

Složení prášku Ti6Al4V

Ti6Al4V odpovídá specifikaci Aerospace Material Specification (AMS) 4928 a má nominální složení:

Živel	Rozsah složení
Titan	Zbytek, 87,725 – 91 %
Hliník	5.5 – 6.76%
Vanad	3.5 – 4.5%
Žehlička	Max. 0,30 %
Kyslík	Max. 0,20 %
Dusík	Max. 0,05 %
Uhlík	Max. 0,08%
Vodík	Max. 0,015 %

Železo, kyslík a dusík jsou běžně se vyskytující prvky nečistot. Složení se rutinně analyzuje, aby se zajistilo, že splňuje specifikace letecké kvality před atomizací na prášek.

Vlastnosti prášku Ti6Al4V

Ti6Al4V je ceněn pro svou výjimečnou rovnováhu mechanických vlastností, odolnosti proti korozi, lehkosti a biokompatibility. Jeho vlastnosti zahrnují:

Fyzikální a mechanické vlastnosti	Hodnoty
Hustota	4,43 g/cm3
Bod tání	1604 – 1660 °C
Maximální pevnost v tahu	860 - 965 MPa
Mez kluzu (posun 0,2%)	795 – 875 MPa
Modul pružnosti	114 GPa
Prodloužení po přetržení	10 – 18%
Tvrdost	334 – 361 HV
Mez pevnosti (107 cyklů)	400 – 490 MPa
Lomová houževnatost	55 – 115 MPa-m^0,5

Tepelné vlastnosti
Koeficient tepelné roztažnosti – 8,6 x 10-6 /K (20-100 °C)
Tepelná vodivost – 7,2 W/m.K
Maximální provozní teplota – 400 °C

Odolnost proti korozi
Vynikající odolnost proti korozi srovnatelná s nelegovaným titanem Odolává korozi většinou kyselin, vlhkých plynů, organických chemikálií

Tvorba stabilní a vysoce adhezivní vrstvy oxidu na povrchu mu dává vynikající odolnost vůči slaným prostředím. Ti6Al4V vykazuje ochranu nadřazenou nerezové oceli v roztocích chloridů díky nižším rychlostem difúze kyslíku a chloridů.

Aplikace prášku Ti6Al4V

Díky svým dobře vyváženým vlastnostem nachází Ti6Al4V dnes rozmanité průmyslové a lékařské aplikace:

Průmysl	Aplikace
Aerospace	– Konstrukční součásti letadel, jako jsou křídla, podvozky, turbíny, spojovací prvky – Kryty raketových motorů, kosmická vozidla – Náboje rotorů vrtulníků, lopatky kompresorů
Lékařské a zubní služby	– Ortopedické implantáty – kyčelní, kolenní klouby – Zubní implantáty, fixace, korunky – Maxilofaciální implantáty – Chirurgické nástroje
Automobilový průmysl	– Ojnice, hnací hřídele, pružiny – Díly závodních vozů, jako jsou ventily, písty – Součásti výfuků
Chemické	– Výměníky tepla, nádrže, potrubí pro korozivní média – Ventily, kondenzátory, destilační kolony – Čerpadla a kryty
Energie a výkon	– Součásti parních a plynových turbín – Konstrukční díly pro reaktory – Obnovitelné zdroje – vysoce výkonné pobřežní
Námořní	– Vrtule, ojnice – Spojovací prvky odolné proti korozi, závěsy – Zařízení pro odsolování

Aditivní výroba rozšiřuje aplikace pro titanové slitiny ve všech těchto odvětvích tím, že umožňuje volné geometrie, které dříve nebyly možné.

Specifikace prášku Ti6Al4V

Standard	Popis
ASTM B348	Standardní specifikace pro tyče a polotovary z titanu a titanových slitin
AMS 4928	Specifikace leteckého materiálu pro plechy, pásy a desky z titanové slitiny 6Al – 4V žíhané
AMS 4943	Limity chemické kontrolní analýzy pro titan a titanové slitiny
AMS 4967	Specifikace leteckého materiálu pro prášek, titanová slitina 6Al-4V
ISO 21388	Specifikace pro nelegovaný titan pro chirurgické implantáty
ASME SB-348	Specifikace tyčí a předvalků z titanu a slitin titanu

Prášek titanové třídy 5 Eli musí také splňovat další požadavky zákazníka týkající se:

Tvar částic
Tekutost
Zdánlivá hustota
Hustota poklepání
Pyknometrická hustota
Chemická analýza
Mechanické vlastnosti

Výrobci vyrábějící prášek Ti6Al4V dodržují certifikované systémy řízení kvality a testovací protokoly před dodávkou zákazníkům v obranném, leteckém, energetickém, motoristickém a lékařském sektoru a dalších.

Dodavatelé Ti6Al4V prášku

Prášek Ti6Al4V se vyrábí plynovou atomizací nebo plazmovou atomizací za účelem výroby sférického prášku vhodného pro AM. Výchozí surovinou je přetavený obloukem ve vakuu (VAR) nebo tavený elektronovým paprskem (EBM) polotovar slitiny, který je atomizován na jemné kapičky, které se po rychlém ochlazení ztuhnou na částice prášku.

Klíčoví globální dodavatelé sférických a předlegovaných prášků Ti6Al4V jsou:

Společnost	Země
AP&C	Kanada
Práškové kovy ATI	USA
TLS Technik GmbH	Německo
GKN Hoeganaes	USA
Pokročilé materiály Tekna	USA
Slm Solutions	Německo
Erasteel	Francie

Prášek Ti6Al4V lze získat v malých množstvích pro výzkumné a prototypové aplikace. Pro společnosti se zavedenými dodavatelskými smlouvami jsou také možné vlastní slitiny a charakteristiky částic.

Cena:
Jako vysoce výkonná slitina vyžadující pokročilou výrobu má prášek Ti6Al4V prémiovou cenu oproti standardním třídám titanu a dalších kovových prášků. Ceny se pohybují od 100 USD/kg do 500 USD/kg na základě:

Objednané množství
Tvar částic a rozdělení podle velikosti
Přizpůsobení chemického složení/mechanických vlastností
Požadavky na testování a certifikaci
Ekonomické faktory – dynamika nabídky a poptávky, náklady na suroviny

Vyšší stupně čistoty používané v lékařských zařízeních a leteckých aplikacích jsou dražší. Náklady zaznamenaly klesající trend s nárůstem výrobních kapacit globálně.

Jak vybrat prášek Ti6Al4V

Výběr vhodného prášku Ti6Al4V závisí na vašich specifických požadavcích na aplikaci a proces. Mezi klíčové úvahy patří:

Aditivní výroba

Tvar částic – sférické/tvarované distribuce pro lepší tok a balení
Velikost částic – jemné <45 mikronů pro lepší rozlišení a povrchovou úpravu
Úzký rozsah velikostí – zajišťuje rovnoměrné tavení a zhutňování
Vysoká čistota prášku >99,5 % titanu pro nižší kontaminaci
Nízký obsah kyslíku, dusíku a uhlíku

Vstřikování kovů (MIM)

Nepravidelný, hranatý prášek pro vyšší zelenou pevnost
Střední velikost částic – 100 mesh
Směs prášku se složkami pojiva
Ekonomická třída splňující cíle nákladů

Tepelný nástřik

Velikost částic vhodná pro proces stříkání
Porézní prášek HDH hydridu umožňuje lepší spojení povlaku
Možnost vývoje slitin na zakázku

Prášková metalurgie

Hranatý, porézní prášek pro zhutňování
Směs prášku přizpůsobená aplikaci
Slitina modifikovaná pro odezvu na slinování

Konzultujte s výrobci prášku již na začátku procesu návrhu, abyste vybrali optimální prášek vhodný pro vaše specifické požadavky na součásti.

Výhody a omezení prášku Ti6Al4V

Výhody

Vysoký poměr pevnosti a hmotnosti
Zachovává si vlastnosti při zvýšených teplotách
Vynikající odolnost proti korozi
Bioinertní – při implantaci nevyvolává nežádoucí reakce
Prášková vsázka umožňuje výrobu dílů s komplexním, čistým tvarem pomocí AM
Přizpůsobitelné mechanické vlastnosti tepelným zpracováním
Recyklovatelný pro minimalizaci odpadu

Omezení

Vysoké náklady na materiál ve srovnání s ocelí a hliníkovými slitinami
Vyžaduje vysoké teploty zpracování riziko kontaminace kyslíkem
Nižší tuhost než u oceli
Citlivost na ostré vruby – riziko praskání
Obtížné obrábění vyžadující speciální nástroje

Inženýři vybírají Ti6Al4V tam, kde pevnost, teplotní odolnost, biokompatibilita a odolnost proti korozi převyšují nákladová omezení v kritických konstrukčních částech.