Ti6Al4V-poeder

Overzicht

Ti6Al4V-poederook bekend als Ti-6Al-4V, graad 5 titanium, Ti 6-4 of Ti 6/4, is een poeder van een titaniumlegering bestaande uit titanium, 6% aluminium en 4% vanadium. Het biedt een uitzonderlijke combinatie van hoge sterkte, laag gewicht, corrosiebestendigheid en biocompatibiliteit, waardoor het een uiterst veelzijdig materiaal is voor geavanceerde toepassingen in de ruimtevaart, medische apparatuur, maritieme hardware en nog veel meer.

Ti6Al4V wordt beschouwd als het werkpaard van titaanlegeringen en is goed voor meer dan 50% van het totale titaniumgebruik over de hele wereld. Het heeft een van de beste sterkte-gewichtsverhoudingen van alle metalen en behoudt zijn eigenschappen bij extreme temperaturen.

Enkele belangrijke eigenschappen en kenmerken van Ti6Al4V poeder zijn:

• Uitstekende verhouding sterkte/gewicht, hoge specifieke sterkte
• Lage dichtheid - 4,43 g/cm3
• Hoge corrosieweerstand
• Biocompatibiliteit en vermogen tot osseo-integratie
• Goede eigenschappen bij hoge temperaturen - bruikbaar tot 400°C met oxidatiebestendigheid tot 550°C
• Hoge breuktaaiheid en vermoeiingssterkte
• Verkrijgbaar in verschillende maten en morfologieën - bolvormig, hoekig

Met zijn veelzijdige eigenschappen vindt Ti6Al4V vandaag de dag diverse toepassingen in verschillende industrieën.

Ti6Al4V Poeder Soorten

Ti6Al4V legeringspoeder is verkrijgbaar in verschillende maatverdelingen, vormen en productiemethoden om te voldoen aan specifieke toepassingen:

Type	Kenmerken
Verneveld bolvormig gas	- Bijna-sferische morfologie, glad oppervlak - Strenge controle over de deeltjesgrootte - Gebruikt in AM, MIM, thermisch spuiten
Plasma geatomiseerd bolvormig	- Zeer bolvormig met glad oppervlak - Smalle grootteverdeling - Gebruikt in AM-processen
Hydride-dehydride (HDH)	- Onregelmatige, hoekige morfologie - Poreuze, sponsachtige deeltjes - Lagere productiekosten - Gebruikt in MIM, persen, thermisch spuiten

Deeltjesgrootte: Verkrijgbaar van 15 micron tot 150+ micron, afhankelijk van de productiemethode

Grootteverdeling: Gesorteerd/gesorteerd, gemengd of aangepaste specificaties

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

Ti6Al4V poedersamenstelling

Ti6Al4V voldoet aan Aerospace Material Specification (AMS) 4928 en heeft de nominale samenstelling:

Element	Samenstelling bereik
Titanium	Balans, 87.725 - 91%
Aluminium	5.5 – 6.76%
Vanadium	3.5 – 4.5%
Ijzer	Max 0,30%
Zuurstof	Max 0,20%
Stikstof	Max 0,05%
Koolstof	Max 0,08%
Waterstof	Max 0,015%

IJzer, zuurstof en stikstof zijn veel voorkomende onzuiverheden. De samenstelling wordt routinematig geanalyseerd om er zeker van te zijn dat het voldoet aan de specificaties voor luchtvaartkwaliteit voordat het tot poeder wordt geatomiseerd.

Ti6Al4V poedereigenschappen

Ti6Al4V wordt gewaardeerd om zijn uitzonderlijke balans van mechanische eigenschappen, corrosiebestendigheid, lichtheid en biocompatibiliteit. De eigenschappen zijn onder andere:

Fysieke en mechanische eigenschappen	Waarden
Dikte	4,43 g/cm3
Smeltpunt	1604 - 1660°C
Ultieme treksterkte	860 - 965 MPa
Opbrengststerkte (0,2% offset)	795 - 875 MPa
Elasticiteitsmodulus	114 GPa
Verlenging bij breuk	10 – 18%
Hardheid	334 - 361 HV
Vermoeiingssterkte (107 cycli)	400 - 490 MPa
Breuktaaiheid	55 - 115 MPa-m^0,5

Thermische eigenschappen
Thermische uitzettingscoëfficiënt - 8,6 x 10-6 /K (20-100°C)
Warmtegeleidingsvermogen - 7,2 W/m.K
Maximale gebruikstemperatuur - 400°C

Corrosieweerstand
Uitstekende corrosieweerstand vergelijkbaar met ongelegeerd titanium Weerstaat corrosie door de meeste zuren, vochtige gassen, organische chemicaliën

De vorming van een stabiele en sterk hechtende oxidelaag aan het oppervlak geeft het een uitstekende weerstand tegen zoute omgevingen. Ti6Al4V biedt een betere bescherming dan roestvast staal in chlorideoplossingen vanwege de lagere zuurstof- en chloordiffusiesnelheden.

Ti6Al4V-poedertoepassingen

Dankzij de uitgebalanceerde eigenschappen vindt Ti6Al4V tegenwoordig diverse industriële en medische toepassingen:

Industrie	Toepassingen
Lucht- en ruimtevaart	- Structurele onderdelen van vliegtuigen zoals vleugels, landingsgestellen, turbines, bevestigingsmiddelen - Raketmotoromhulsels, ruimtevoertuigen - Rotornaaf van helikopters, compressorbladen
Medisch & tandheelkundig	- Orthopedische implantaten - heup- en kniegewrichten - Tandheelkundige implantaten, armaturen, kronen - Maxillofaciale implantaten - Chirurgische instrumenten
Automobiel	- Drijfstangen, aandrijfassen, veren - Racewagenonderdelen zoals kleppen, zuigers - Uitlaatcomponenten
Chemisch	- Warmtewisselaars, tanks, leidingen voor corrosieve media - Kleppen, condensors, distillatiekolommen - Pompen en behuizingen
Energie	- Onderdelen voor stoom- en gasturbines - Structurele onderdelen voor reactoren - Hernieuwbare energie - offshore met hoge prestaties
Marien	- Propellers, drijfstangen - Corrosiebestendige bevestigingsmiddelen, scharnieren - Ontziltingsapparatuur

Additive manufacturing breidt de toepassingen voor titaanlegeringen in al deze sectoren uit door vrijgevormde geometrieën mogelijk te maken die voorheen niet mogelijk waren.

Ti6Al4V poederspecificaties

Standaard	Beschrijving
ASTM B348	Standaardspecificatie voor staven en knuppels van titaan en titaanlegeringen
AMS 4928	Ruimtevaart materiaalspecificatie voor titanium legering plaat, strip en plaat 6Al - 4V gegloeid
AMS 4943	Grenswaarden voor chemische controleanalyse van titaan en titaanlegeringen
AMS 4967	Ruimtevaart materiaalspecificatie voor poeder, titanium legering 6Al-4V
ISO 21388	Specificatie voor ongelegeerd titaan voor chirurgische implantaattoepassingen
ASME SB-348	Specificaties voor staven en knuppels van titaan en titaanlegeringen

Titaan graad 5 Eli poeder moet ook voldoen aan aanvullende eisen van de klant met betrekking tot:

• Deeltjesvorm
• Vloeibaarheid
• Schijnbare dichtheid
• Tik op dichtheid
• Pyknometerdichtheid
• Chemische analyse
• Mechanische eigenschappen

Fabrikanten die Ti6Al4V poeder produceren, volgen gecertificeerde kwaliteitsmanagementsystemen en testprotocollen voordat ze leveren aan klanten in onder andere de defensie-, luchtvaart-, energie-, motorsport- en medische sector.

Ti6Al4V-poederleveranciers

Ti6Al4V-poeder wordt vervaardigd via gasverstuiving of plasmaverstuiving om bolvormig poeder te produceren dat geschikt is voor AM. De basisgrondstof is een vacuüm boog omgesmolten (VAR) of elektronenstraal gesmolten (EBM) legering die wordt verstoven tot fijne druppeltjes die stollen tot poederdeeltjes bij snelle afkoeling.

De belangrijkste wereldwijde leveranciers van Ti6Al4V sferische en voorgelegeerde poeders zijn:

Bedrijf	Land
AP&C	Canada
ATI-poedermetalen	VS
TLS Technik GmbH	Duitsland
GKN Hoeganaes	VS
Tekna Nieuwe Materialen	VS
Slm oplossingen	Duitsland
Erasteel	Frankrijk

Ti6Al4V poeder kan in kleine hoeveelheden worden ingekocht voor onderzoek en prototype-toepassingen. Aangepaste legeringen en deeltjeskarakteristieken zijn ook mogelijk voor bedrijven met gevestigde leveringsovereenkomsten.

Prijzen:
Als hoogwaardige legering die geavanceerde productie vereist, vraagt Ti6Al4V-poeder een meerprijs ten opzichte van standaardkwaliteiten van titanium en andere metaalpoeders. De prijs varieert van $100/kg tot $500/kg op basis van:

• Bestelhoeveelheid
• Deeltjesvorm en -grootteverdeling
• Aanpassing van chemie/mechanische eigenschappen
• Test- en certificeringsvereisten
• Economische factoren - vraag-aanboddynamiek, grondstofkosten

Hogere zuiverheidsgraden die worden gebruikt in medische apparatuur en ruimtevaarttoepassingen zijn duurder. De kosten vertonen een dalende trend door de wereldwijde toename van de productiecapaciteit.

Hoe Ti6Al4V-Poeder te kiezen

De selectie van het juiste Ti6Al4V poeder hangt af van je specifieke toepassing en procesvereisten. Enkele belangrijke overwegingen zijn:

Additieve productie

• Deeltjesvorm - bolvormige/gevormde verdelingen voor betere stroming en verpakking
• Deeltjesgrootte - fijn <45 micron voor betere resolutie en oppervlakteafwerking
• Smal maatbereik - zorgt voor gelijkmatig smelten en verdichten
• Hoge poederzuiverheid >99,5% titanium voor minder vervuiling
• Laag zuurstof-, stikstof- en koolstofgehalte

Metaalspuitgieten (MIM)

• Onregelmatig, hoekig poeder voor hogere groene sterkte
• Gemiddelde deeltjesgrootte - 100 mesh
• Poedermengsel met bindmiddelcomponenten
• Economic grade voldoet aan kostendoelstellingen

Thermische spray

• Deeltjesgrootte geschikt voor sproeiproces
• Poreus HDH-hydridepoeder voor een betere hechting van coatings
• Ontwikkeling van legering op maat mogelijk

Poeder-Metallurgie

• Hoekig, poreus poeder voor verdichting
• Poedermengsel afgestemd op toepassing
• Legering aangepast voor sinterrespons

Raadpleeg poederproducenten vroeg in het ontwerpproces om het optimale poeder te selecteren dat geschikt is voor uw specifieke onderdelvereisten.

Voordelen en beperkingen van Ti6Al4V poeder

Voordelen

• Hoge verhouding sterkte/gewicht
• Behoudt eigenschappen bij verhoogde temperaturen
• Uitstekende corrosieweerstand
• Bioinert - veroorzaakt geen bijwerkingen bij implantatie
• Poedergrondstoffen maken complexe, netvormige onderdelen mogelijk via AM
• Mechanische eigenschappen op maat door warmtebehandeling
• Recyclebaar om verspilling te minimaliseren

Beperkingen

• Hoge materiaalkosten in vergelijking met staal en aluminiumlegeringen
• Vereist hoge verwerkingstemperaturen risico op zuurstofverontreiniging
• Lagere stijfheid dan staal
• Gevoeligheid voor scherpe inkepingen - risico op scheuren
• Moeilijk te bewerken waarvoor speciaal gereedschap nodig is

Ingenieurs kiezen Ti6Al4V waar sterkte, temperatuurbestendigheid, biocompatibiliteit en corrosiebestendigheid belangrijker zijn dan de kostenbeperkingen in kritieke structurele onderdelen.

Ti6Al4V poeder vs. alternatieven

Ti6Al4V concurreert met roestvrij staal, kobaltchroomlegeringen, aluminiumsoorten en zuiver titanium. Hieronder volgt een vergelijking op basis van de belangrijkste parameters:

	Ti6Al4V	Roestvrij staal 316L	CoCrMo legering	Al 6061	Zuiver Ti Klasse 2
Opbrengststerkte	860 MPa	290 MPa	655 MPa	55 MPa	370 MPa
Dikte	4,43 g/cc	8 g/cc	8,3 g/cc	2,7 g/cc	4,51 g/cc
Young-modulus	114 GPa	193 GPa	230 GPa	69 GPa	105 GPa
Warmtegeleiding	7 W/mK	12 W/mK	9 W/mK	180 W/mK	7 W/mK
Smeltpunt	1640°C	1375°C	1350°C	650°C	1668°C
Corrosieweerstand	Uitstekend	Goed	Eerlijk	Goed	Uitstekend
Kostenvergelijking	10x vs Al, 4x vs Staal	Lagere kostenbasis	2x kosten vs staal	Laagste kosten	8x kosten vs Ti kwaliteit 2

ken meer 3D-printprocessen

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)	Waarde/Bereik	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.

Meningen van experts

• 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 en 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)
• Veiligheid
• 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