ASTM F136: Kompletny przewodnik

Witaj, drogi czytelniku! Dzisiaj zagłębiamy się w fascynujący świat ASTM F136. Być może zastanawiasz się teraz: "Czym właściwie jest norma ASTM F136?". Nie martw się, pomogę ci. Pod koniec tego obszernego przewodnika dowiesz się wszystkiego o tym niezwykłym materiale.

Przegląd normy ASTM F136

ASTM F136, znany również jako Titanium 6Al-4V ELI (Extra Low Interstitial), to stop tytanu szeroko znany ze swojego zastosowania w medycynie. Stop ten wyróżnia się biokompatybilnością, odpornością na korozję i doskonałymi właściwościami mechanicznymi, co czyni go materiałem do implantów medycznych, narzędzi chirurgicznych i innych krytycznych zastosowań.

Kluczowe szczegóły normy ASTM F136

• Skład: Tytan, aluminium, wanad
• Właściwości: Wysoka wytrzymałość, niska waga, odporność na korozję, biokompatybilność
• Zastosowania: Implanty medyczne, narzędzia chirurgiczne, komponenty lotnicze i kosmiczne
• Specyfikacje: Norma ASTM F136 określa jakość i właściwości stopu.

Rodzaje, skład, właściwości i charakterystyka

Aby naprawdę docenić ASTM F136, konieczne jest zrozumienie jego składu, właściwości i cech. Rozłóżmy to na czynniki pierwsze:

Skład ASTM F136

Element	Procent
Tytan (Ti)	88 – 90%
Aluminium (Al)	5.5 – 6.75%
Wanad (V)	3.5 – 4.5%
Tlen (O)	≤ 0,13%
Węgiel (C)	≤ 0,08%
Azot (N)	≤ 0,05%
Wodór (H)	≤ 0,0125%
Żelazo (Fe)	≤ 0,25%

Właściwości i charakterystyka ASTM F136

Nieruchomość	Opis
Gęstość	4,43 g/cm³
Moduł Younga	110 GPa
Ostateczna wytrzymałość na rozciąganie	860 MPa
Wytrzymałość na rozciąganie	795 MPa
Wydłużenie przy zerwaniu	15%
Twardość	300 HV
Przewodność cieplna	6,7 W/m-K
Rezystywność elektryczna	1,7 µΩ-m
Biokompatybilność	Doskonała (spełnia normy ASTM F136)
Odporność na korozję	Wysoka (odporność na płyny ustrojowe i chemikalia)

Zastosowania ASTM F136

ASTM F136 jest stosowany przede wszystkim w medycynie, ale ze względu na swoje unikalne właściwości znajduje również zastosowanie w innych branżach.

Zastosowania medyczne

Zastosowanie	Opis
Implanty ortopedyczne	Protezy biodrowe, stawy kolanowe, implanty kręgosłupa
Implanty dentystyczne	Korzenie zębów, łączniki, mosty
Narzędzia chirurgiczne	Skalpele, kleszcze, rozwieracze
Implanty twarzoczaszki	Płyty, śruby do chirurgii rekonstrukcyjnej
Implanty sercowo-naczyniowe	Zastawki serca, stenty

Zastosowania lotnicze i kosmiczne

Zastosowanie	Opis
Elementy złączne dla przemysłu lotniczego	Śruby, nakrętki i wkręty do montażu samolotów
Elementy konstrukcyjne	Konstrukcje płatowca, podwozie
Części silnika	Łopatki turbin, tarcze sprężarek

Zastosowania przemysłowe

Zastosowanie	Opis
Przetwarzanie chemiczne	Sprzęt dla zakładów chemicznych, reaktorów
Zastosowania morskie	Przemysł stoczniowy, komponenty do odwiertów morskich
Artykuły sportowe	Wydajne rowery, kije golfowe

Specyfikacje, rozmiary, gatunki, normy

Podczas pracy z ASTM F136 kluczowe jest przestrzeganie określonych norm, aby zapewnić integralność i wydajność materiału.

Specyfikacje i standardy

Standard	Opis
ASTM F136	Standardowa specyfikacja dla kutego stopu tytanu-6-aluminium-4-wanadu ELI (o bardzo niskiej międzywęzłowości) do zastosowań w implantach chirurgicznych.

Rozmiary i gatunki

Zakres rozmiarów	Opis
Bary	Średnica: od 6 mm do 150 mm
Arkusze	Grubość: od 0,5 mm do 5 mm
Płyty	Grubość: od 5 mm do 100 mm
Przewody	Średnica: od 0,1 mm do 10 mm
Stopnie	Klasa 23 (Ti 6Al-4V ELI)

Dostawcy i szczegóły dotyczące cen

Znalezienie odpowiedniego dostawcy jest kluczem do zapewnienia wysokiej jakości materiału ASTM F136. Oto kilku renomowanych dostawców i ich ceny.

Najlepsi dostawcy

Dostawca	Opis	Ceny (przybliżone)
ATI Metals	Wiodący globalny producent i dostawca tytanu oraz innych specjalistycznych materiałów.	$50 - $100 za kg
Timet (Titanium Metals Corporation)	Główny producent produktów na bazie tytanu, koncentrujący się na zastosowaniach lotniczych i medycznych.	$60 - $110 na kg
VSMPO-AVISMA	Największy producent tytanu na świecie, dostarczający wysokiej jakości stopy tytanu.	$55 - $105 na kg
Toho Titanium	Japoński dostawca znany z wysokiej czystości i zaawansowanych produktów tytanowych.	$65 - $115 na kg
Arcam AB (GE Additive)	Specjalizuje się w produkcji przyrostowej i zaawansowanych materiałach dla sektora medycznego i lotniczego.	$70 - $120 na kg

Porównanie zalet i wad

Rozważając zastosowanie normy ASTM F136, należy rozważyć jej zalety i ograniczenia.

Zalety normy ASTM F136

Przewaga	Opis
Biokompatybilność	Doskonała kompatybilność z tkankami ludzkimi, dzięki czemu idealnie nadaje się do implantów medycznych.
Odporność na korozję	Wysoka odporność na płyny ustrojowe i chemikalia zapewnia długą żywotność.
Właściwości mechaniczne	Wysoki stosunek wytrzymałości do wagi, dzięki czemu jest wytrzymały, a jednocześnie lekki.
Wszechstronność	Nadaje się do szerokiego zakresu zastosowań, od medycznych po lotnicze.

Ograniczenia normy ASTM F136

Ograniczenie	Opis
Koszt	Stosunkowo drogie w porównaniu do innych materiałów.
Obrabialność	Wymaga specjalistycznego sprzętu i technik obróbki.
Dostępność	Może mieć dłuższy czas realizacji ze względu na wysoki popyt i specyficzne procesy produkcyjne.

Konkretne modele proszków metali

W dziedzinie produkcji addytywnej i zaawansowanych zastosowań wyróżnia się kilka konkretnych modeli proszków metalowych ASTM F136. Oto kilka godnych uwagi przykładów:

Najlepsze modele proszków metalowych

Model	Opis
Ti64 ELI firmy Arcam AB	Proszek tytanu o wysokiej czystości dla technologii topienia wiązką elektronów (EBM).
TLS Ti6Al4V ELI firmy TLS Technik	Wysokiej jakości proszek do selektywnego topienia laserowego (SLM) i innych procesów produkcji addytywnej.
AP&C Ti-6Al-4V ELI firmy GE Additive	Sferyczny proszek tytanowy zaprojektowany z myślą o optymalnej płynności i gęstości upakowania w produkcji addytywnej.
Ti-6Al-4V ELI firmy Carpenter Additive	Wysokowydajny proszek do różnych technologii druku 3D, zapewniający stałą jakość i właściwości.
AMTi-6Al-4V ELI by Tekna	Rozpylany plazmowo proszek tytanowy zapewniający doskonałą wydajność w produkcji addytywnej.
Ti-6Al-4V ELI firmy Oerlikon Metco	Wysokiej jakości proszek do napawania laserowego, produkcji addytywnej i innych zaawansowanych procesów.
Ti-6Al-4V ELI firmy LPW Technology	Zaprojektowany proszek do wysokowytrzymałych, lekkich zastosowań w przemyśle lotniczym i medycznym.
Ti-6Al-4V ELI firmy Praxair Surface Technologies	Spójny proszek o wysokiej czystości do wymagających zastosowań w produkcji addytywnej.
Ti-6Al-4V ELI firmy Sandvik	Wysokiej jakości proszek tytanowy do produkcji addytywnej, zapewniający doskonałe właściwości mechaniczne i biokompatybilność.
Ti-6Al-4V ELI firmy Renishaw	Wszechstronny proszek do szerokiej gamy technologii wytwarzania przyrostowego, oferujący wysoką wydajność i niezawodność.

Analiza porównawcza modeli proszków metali

Aby pomóc w podjęciu świadomej decyzji, porównajmy te modele proszków metalowych w oparciu o różne parametry.

Porównanie wydajności

Model	Płynność	Gęstość upakowania	Poziom czystości	Zakres cen
Ti64 ELI firmy Arcam AB	Doskonały	Wysoki	Ultra-High	$100 - $150/kg
TLS Ti6Al4V ELI firmy TLS Technik	Bardzo dobry	Wysoki	Wysoki	$90 - $140/kg
AP&C Ti-6Al-4V ELI firmy GE Additive	Doskonały	Bardzo wysoka	Ultra-High	$110 - $160/kg
Ti-6Al-4V ELI firmy Carpenter Additive	Bardzo dobry	Wysoki	Wysoki	$95 - $145/kg
AMTi-6Al-4V ELI by Tekna	Doskonały	Wysoki	Ultra-High	$105 - $155/kg
Ti-6Al-4V ELI firmy Oerlikon Metco	Bardzo dobry	Wysoki	Wysoki	$100 - $150/kg
Ti-6Al-4V ELI firmy LPW Technology	Doskonały	Bardzo wysoka	Ultra-High	$110 - $160/kg
Ti-6Al-4V ELI firmy Praxair Surface Technologies	Bardzo dobry	Wysoki	Wysoki	$95 - $145/kg
Ti-6Al-4V ELI firmy Sandvik	Doskonały	Bardzo wysoka	Ultra-High	$110 - $160/kg
Ti-6Al-4V ELI firmy Renishaw	Doskonały	Wysoki	Wysoki	$100 - $150/kg

Porównanie zalet i wad

Model	Plusy	Wady
Ti64 ELI firmy Arcam AB	Wysoka czystość, doskonała płynność, niezawodne działanie	Wyższy koszt w porównaniu do niektórych alternatyw
TLS Ti6Al4V ELI firmy TLS Technik	Stała jakość, dobry stosunek ceny do wydajności	Nieco niższa gęstość upakowania w porównaniu do innych
AP&C Ti-6Al-4V ELI firmy GE Additive	Bardzo wysoka czystość, bardzo wysoka gęstość upakowania	Wyższy przedział cenowy
Ti-6Al-4V ELI firmy Carpenter Additive	Wysoka wydajność, stałe właściwości	Średni i wysoki przedział cenowy
AMTi-6Al-4V ELI by Tekna	Doskonała wydajność, wysoka czystość, doskonała do produkcji dodatków uszlachetniających	Wyższy koszt
Ti-6Al-4V ELI firmy Oerlikon Metco	Niezawodna wydajność, dobra płynność	Średni i wysoki przedział cenowy
Ti-6Al-4V ELI firmy LPW Technology	Bardzo wysoka czystość, doskonała gęstość upakowania	Wyższy przedział cenowy
Ti-6Al-4V ELI firmy Praxair Surface Technologies	Stała jakość, dobra wydajność	Średni i wysoki przedział cenowy
Ti-6Al-4V ELI firmy Sandvik	Najwyższa jakość, doskonałe właściwości mechaniczne	Wyższy koszt
Ti-6Al-4V ELI firmy Renishaw	Wysoka niezawodność, wszechstronne zastosowania	Średni i wysoki przedział cenowy

FAQ

Co oznacza skrót ASTM F136?

Norma ASTM F136 odnosi się do standardowej specyfikacji kutego stopu tytanu-6-aluminium-4-wanadu ELI (extra low interstitial) stosowanego głównie do implantów chirurgicznych.

Dlaczego norma ASTM F136 jest preferowana dla implantów medycznych?

ASTM F136 jest preferowany do produkcji implantów medycznych ze względu na doskonałą biokompatybilność, odporność na korozję i wysoką wytrzymałość mechaniczną. Właściwości te sprawiają, że materiał ten jest odporny na trudne warunki panujące w ludzkim ciele i pozostaje funkcjonalny przez długi czas.

Jakie są podstawowe elementy normy ASTM F136?

Podstawowymi pierwiastkami w ASTM F136 są tytan (Ti), aluminium (Al) i wanad (V), przy czym tytan jest składnikiem dominującym.

W jaki sposób ASTM F136 jest zazwyczaj produkowany?

ASTM F136 jest wytwarzany w różnych procesach, w tym kucia, walcowania i obróbki cieplnej w celu uzyskania pożądanych właściwości mechanicznych i zapewnienia zgodności ze standardowymi specyfikacjami.

Poza medycyną, gdzie jeszcze stosowana jest norma ASTM F136?

Poza branżą medyczną, norma ASTM F136 jest również wykorzystywana w przemyśle lotniczym do produkcji elementów konstrukcyjnych, elementów złącznych i części silników, a także w zastosowaniach przemysłowych, takich jak przetwórstwo chemiczne i inżynieria morska.

Czy ASTM F136 nadaje się do druku 3D?

Tak, ASTM F136 jest szeroko stosowany w produkcji addytywnej, zwłaszcza w postaci proszku tytanowego do technologii druku 3D, takich jak topienie wiązką elektronów (EBM) i selektywne topienie laserowe (SLM).

Czy norma ASTM F136 jest droga?

ASTM F136 jest stosunkowo droższy niż inne materiały ze względu na jego wysoką wydajność i specjalistyczne zastosowania, a ceny zazwyczaj wahają się od $50 do $160 za kilogram w zależności od dostawcy i formy (pręty, arkusze, proszek itp.).

Wnioski

Oto kompleksowy przewodnik po ASTM F136! Omówiliśmy wszystko, od jego składu i właściwości po zastosowania, specyfikacje, a nawet dogłębne omówienie różnych modeli proszków metali do zaawansowanej produkcji. Niezależnie od tego, czy rozważasz zastosowanie ASTM F136 do implantów medycznych, komponentów lotniczych czy innych wysokowydajnych zastosowań, ten przewodnik powinien służyć jako źródło informacji.

poznaj więcej procesów druku 3D

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)

Metryczny	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.

Opinie ekspertów

• 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

• Standardy
• 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