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.

Prášek Ti6Al4V vs. Alternativy

Ti6Al4V konkuruje nerezovým ocelím, slitinám kobaltu a chromu, hliníkovým třídám a čistému titanu. Srovnání klíčových parametrů je zvýrazněno níže:

	Ti6Al4V	Nerezová ocel 316L	Slitina CoCrMo	Al 6061	Čistý Ti Grade 2
Mez kluzu	860 MPa	290 MPa	655 MPa	55 MPa	370 MPa
Hustota	4,43 g/cc	8 g/cm3	8,3 g/cc	2,7 g/cc	4,51 g/cm3
Youngův modul	114 GPa	193 GPa	230 GPa	69 GPa	105 GPa
Tepelná vodivost	7 W/mK	12 W/mK	9 W/mK	180 W/mK	7 W/mK
Bod tání	1640 °C	1375 °C	1350°C	650°C	1668°C
Odolnost proti korozi	Vynikající	Dobrý	Veletrh	Dobrý	Vynikající
Srovnání nákladů	10x vs Al, 4x vs Steel	Nižší základní náklady	2x náklady vs ocel	Nejnižší cena	8x náklady vs Ti grade 2

znát více procesů 3D tisku

Additional FAQs on Ti6Al4V Powder

1) What oxygen and hydrogen limits should I target for AM-grade Ti6Al4V powder?

• For aerospace/medical-grade AM feedstock, typical targets are O ≤ 0.15 wt% (ELI grades even lower, ~0.10–0.13 wt%) and H ≤ 0.012–0.015 wt%. Lower interstitials improve ductility and fatigue.

2) Which particle size distribution works best for LPBF vs. EBM?

• LPBF commonly uses 15–45 μm or 20–53 μm cuts. EBM typically prefers coarser 45–106 μm to suit high-temperature spreading in vacuum and reduce “smoke” events.

3) How many reuse cycles are acceptable for Ti6Al4V powder in LPBF?

• With O2/H2O monitoring, sieving, and blend-back strategies, 3–8 cycles are typical. Establish property-based end-of-life criteria (tensile, elongation, fatigue) per ISO/ASTM 52907 and internal specs.

4) What post-processing most improves fatigue of AM Ti6Al4V parts?

• Hot isostatic pressing (HIP) to close internal porosity, followed by stress relief or solution + aging as required. Surface finishing (shot peening, machining) to remove notch-like roughness further boosts HCF/LCF.

5) Are there printable variants beyond Grade 5, such as Ti6Al4V ELI?

• Yes. Ti6Al4V ELI (Grade 23) has tighter interstitial limits (especially O) for improved toughness/ductility, widely used in medical implants. Powder and process controls must align with ELI chemistry limits.

2025 Industry Trends for Ti6Al4V Powder

• Qualification at scale: More OEMs implementing lot-level digital material passports linking powder chemistry, reuse cycles, and part serials for aerospace/medical audits.
• Cost and sustainability: Increased recycled Ti feedstock and energy-optimized atomization; suppliers publishing EPDs. Prices stabilizing after 2023–2024 volatility.
• Process windows widen: Multi-laser LPBF and advanced recoaters tolerate slightly broader PSD while maintaining density, boosting yield from atomization.
• Surface integrity focus: Standardization of post-processing routes (HIP + mechanical finishing) to meet fatigue allowables for safety-critical parts.
• Powder hygiene automation: Inline O2/H2O analyzers and sealed handling reduce interstitial pickup across reuse, especially in humid regions.

2025 Snapshot: Ti6Al4V Powder Market and Technical Metrics (indicative ranges)

Metric (2025)	Hodnota/rozsah	Notes/Sources
AM-grade Ti6Al4V powder price	$140–$280/kg	Cut, morphology, certification dependent; supplier price lists and RFQs
Typical LPBF density (optimized)	≥99.8–99.95%	Process parameter + HIP dependent
Oxygen target (Grade 5 AM powder)	≤0.15 wt%	ISO/ASTM 52907, AMS 4999/4967 context
Common PSD (LPBF / EBM)	15–45 μm / 45–106 μm	OEM parameter guides
Reuse cycles (controlled)	3-8	With sieving + O2 monitoring
HIP adoption (critical parts)	70–90%	Aerospace/medical market norms

References: ISO/ASTM 52907, 52920, 52930; AMS 4967/4999; OEM application notes (EOS, GE Additive/Arcam, Renishaw, SLM Solutions); peer‑reviewed AM Ti6Al4V fatigue studies (2019–2025).

Latest Research Cases

Case Study 1: Extending Powder Reuse While Preserving Fatigue in LPBF Ti6Al4V (2025)

• Background: An aerospace Tier-1 sought to reduce powder scrap without compromising HCF life of flight brackets.
• Solution: Implemented sealed conveyance, inline O2/H2O monitoring, sieve to 20–53 μm, and 20% virgin blend-back per cycle; standardized HIP + surface machining.
• Results: Oxygen growth limited to +0.01–0.02 wt% over 6 cycles; as-built density ≥99.9%; HCF at R=0.1 improved 15% post-HIP vs. legacy route; powder scrap reduced 28%.

Case Study 2: Ti6Al4V ELI Lattice Implants with Controlled Surface Roughness (2024)

• Background: A medical OEM needed consistent pore morphology and fatigue for acetabular cups while retaining osseointegration surfaces.
• Solution: Narrow PSD 15–45 μm ELI powder, tuned LPBF parameters for strut fusion, HIP, and selective finishing (external machining, lattice preserved).
• Results: CT-measured pore uniformity CV reduced from 8.0% to 3.5%; static strength unchanged; rotating bending fatigue life +20%; passed biocompatibility and cleanliness audits.

Názory odborníků

• Prof. Iain Todd, Professor of Metallurgy and Materials Processing, University of Sheffield
• Viewpoint: “Interstitial control in Ti6Al4V—especially oxygen—is the primary lever for reliable ductility and fatigue. Powder handling can make or break qualification.”
• Source: Academic publications and AM conferences
• Dr. Martina Zimmermann, Head of Materials, Fraunhofer IAPT
• Viewpoint: “Digital traceability from powder lot to part serial, paired with HIP and targeted finishing, is becoming standard for safety‑critical Ti components.”
• Source: Fraunhofer IAPT technical communications
• Kevin Slattery, VP Materials Engineering, Carpenter Additive
• Viewpoint: “Yield gains from atomization plus smarter PSD cuts are narrowing cost gaps; customers now value proven hygiene workflows as much as price.”
• Source: Industry panels and supplier briefs

Practical Tools and Resources

• Standards and qualification
• ISO/ASTM 52907 (AM feedstock), 52920/52930 (process/quality): https://www.iso.org
• AMS 4967/4999 and ASTM F3001 (additive Ti6Al4V): https://www.sae.org a https://www.astm.org
• OEM technical libraries
• EOS, Renishaw, SLM Solutions, GE Additive/Arcam parameter and handling guides
• Powder testing methods
• ASTM B214 (sieve analysis), B212 (apparent density), B964 (Hall flow), inert gas fusion for O/N/H (ASTM E1409/E1447)
• Design and post-processing
• nTopology/Ansys Additive/Altair for lattice/topology optimization; HIP service provider data sheets (QPs for Ti6Al4V)
• Bezpečnost
• NFPA 484 guidance for combustible titanium powders: https://www.nfpa.org

Last updated: 2025-10-16
Changelog: Added 5 Ti6Al4V FAQs; included 2025 trend table with market/technical metrics; added two 2024/2025 case studies; compiled expert viewpoints; linked standards, OEM guides, testing methods, and safety resources
Next review date & triggers: 2026-03-31 or earlier if ISO/ASTM/AMS specs are revised, major OEMs update Ti6Al4V parameter windows, or supply/demand shifts move prices >15% for AM-grade powder