Порошок Ti6Al4V

Обзор

Порошок Ti6Al4VТакже известный как Ti-6Al-4V, Grade 5 titanium, Ti 6-4 или Ti 6/4, представляет собой порошок титанового сплава, состоящего из титана, 6% алюминия и 4% ванадия. Он обладает исключительным сочетанием высокой прочности, малого веса, коррозионной стойкости и биосовместимости, что делает его чрезвычайно универсальным материалом для передовых применений в аэрокосмической промышленности, медицинском оборудовании, морской технике и многом другом.

Ti6Al4V считается рабочей лошадкой среди титановых сплавов, составляя более 50% от общего объема использования титана во всем мире. Он имеет одно из лучших соотношений прочности и веса среди всех металлических материалов и сохраняет свои свойства при экстремальных температурах.

Некоторые ключевые свойства и характеристики порошка Ti6Al4V включают в себя:

• Отличное соотношение прочности и веса, высокая удельная прочность
• Низкая плотность - 4,43 г/см3
• Высокая коррозионная стойкость
• Биосовместимость и способность к остеоинтеграции
• Хорошие высокотемпературные свойства - пригодность к использованию до 400°C, устойчивость к окислению до 550°C.
• Высокая вязкость разрушения и усталостная прочность
• Доступны различные размеры и морфологии - сферические, угловые

Благодаря своим универсальным свойствам Ti6Al4V находит сегодня разнообразное применение в различных отраслях промышленности.

Типы порошков Ti6Al4V

Порошок сплава Ti6Al4V выпускается в различных вариантах распределения по размерам, формам и методам производства для решения конкретных задач:

Тип	Характеристики
Сферический распыляемый газ	- Почти сферическая морфология, гладкая поверхность - Тщательный контроль размера частиц - Используется в AM, MIM, термическом напылении
Плазменное распыление сферической формы	- Высокая сферичность с гладкой поверхностью - Узкое распределение по размерам - Используется в процессах AM
Гидрид-дегидрид (HDH)	- Неправильная, угловатая морфология - Пористые, губчатые частицы - Низкая себестоимость - Используется в MIM, прессовании, термораспылении

Размер частиц: В зависимости от метода производства выпускается от 15 микрон до 150+ микрон.

Распределение по размерам: Градуированные/просеянные, смешанные или по индивидуальному заказу

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

Состав порошка Ti6Al4V

Ti6Al4V соответствует спецификации аэрокосмических материалов (AMS) 4928 и имеет номинальный состав:

Элемент	Композиционный ряд
Титан	Баланс, 87.725 - 91%
Алюминий	5.5 – 6.76%
Ванадий	3.5 – 4.5%
Железо	Макс 0.30%
Кислород	Макс 0.20%
Азот	Макс 0,05%
Углерод	Макс 0,08%
Водород	Макс 0,015%

Железо, кислород и азот - часто встречающиеся примеси. Перед распылением в порошок состав подвергается регулярному анализу на предмет соответствия спецификациям аэрокосмического класса.

Свойства порошка Ti6Al4V

Ti6Al4V ценится за исключительный баланс механических свойств, коррозионную стойкость, легкость и биосовместимость. Его свойства включают:

Физические и механические свойства	Значения
Плотность	4,43 г/см3
Температура плавления	1604 - 1660°C
Предельная прочность на разрыв	860 - 965 МПа
Предел текучести (смещение 0,2%)	795 - 875 МПа
Модуль упругости	114 ГПа
Удлинение при разрыве	10 – 18%
Твердость	334 - 361 HV
Усталостная прочность (107 циклов)	400 - 490 МПа
Вязкость разрушения	55 - 115 МПа-м^0,5

Тепловые свойства
Коэффициент теплового расширения - 8,6 x 10-6 /K (20-100°C)
Теплопроводность - 7,2 Вт/м.К
Максимальная температура эксплуатации - 400°C

Коррозионная стойкость
Отличная коррозионная стойкость, сравнимая с нелегированным титаном Противостоит коррозии под воздействием большинства кислот, влажных газов, органических химикатов

Образование стабильного и высокоадгезивного оксидного поверхностного слоя обеспечивает превосходную устойчивость к солевым средам. Ti6Al4V демонстрирует защиту, превосходящую нержавеющую сталь, в хлоридных растворах благодаря более низкой скорости диффузии кислорода и хлоридов.

Применение порошка Ti6Al4V

Благодаря своим сбалансированным свойствам Ti6Al4V находит сегодня разнообразное применение в промышленности и медицине:

Промышленность	Приложения
Аэрокосмическая промышленность	- Конструктивные элементы самолетов, такие как крылья, шасси, турбины, крепежные детали - Корпуса ракетных двигателей, космические аппараты - Втулки роторов вертолетов, лопасти компрессоров
Медицина и стоматология	- Ортопедические имплантаты - тазобедренные, коленные суставы - Зубные имплантаты, крепления, коронки - Челюстно-лицевые имплантаты - Хирургические инструменты
Автомобильная промышленность	- Шатуны, карданные валы, пружины - Детали гоночных автомобилей, такие как клапаны, поршни - Детали выхлопной системы
Химическая	- Теплообменники, резервуары, трубы для транспортировки агрессивных сред - Клапаны, конденсаторы, дистилляционные колонны - Насосы и корпуса
Энергетика и энергия	- Компоненты паровых и газовых турбин - Конструктивные детали для реакторов - Возобновляемые источники энергии - высокопроизводительные морские установки
Морской	- Пропеллеры, шатуны - Коррозионностойкие крепежные элементы, шарниры - Оборудование для опреснения воды

Аддитивное производство расширяет сферу применения титановых сплавов во всех этих отраслях, позволяя создавать геометрии свободной формы, которые ранее были невозможны.

Технические характеристики порошка Ti6Al4V

Стандарт	Описание
ASTM B348	Стандартная спецификация на прутки и заготовки из титана и титановых сплавов
AMS 4928	Спецификация аэрокосмических материалов для листов, полос и плит из титанового сплава 6Al - 4V отожженных
AMS 4943	Пределы химического контрольного анализа для титана и титановых сплавов
AMS 4967	Спецификация аэрокосмического материала для порошка, титановый сплав 6Al-4V
ISO 21388	Спецификация нелегированного титана для хирургических имплантатов
ASME SB-348	Технические условия на прутки и заготовки из титана и титановых сплавов

Порошок титана марки 5 Eli также должен отвечать дополнительным требованиям заказчика, касающимся:

• Форма частиц
• Текучесть
• Кажущаяся плотность
• Плотность отвода
• Плотность пикнометра
• Химический анализ
• Механические свойства

Производители, выпускающие порошок Ti6Al4V, соблюдают сертифицированные системы управления качеством и протоколы испытаний, прежде чем поставлять его заказчикам в оборонной, аэрокосмической, энергетической, автоспортивной и медицинской отраслях, а также в других.

Поставщики порошка Ti6Al4V

Порошок Ti6Al4V изготавливается методом газового или плазменного распыления для получения сферического порошка, пригодного для АМ. Исходным сырьем является сплав, переплавленный вакуумной дугой (VAR) или электронно-лучевой плавкой (EBM), который распыляется на мелкие капли, застывающие в частицы порошка при быстром охлаждении.

Основными мировыми поставщиками сферических и предварительно легированных порошков Ti6Al4V являются:

Компания	Страна
AP&C	Канада
ATI Powder Metals	США
TLS Technik GmbH	Германия
GKN Hoeganaes	США
Tekna Advanced Materials	США
Slm Solutions	Германия
Erasteel	Франция

Порошок Ti6Al4V может быть приобретен в небольших количествах для исследований и создания прототипов. Для компаний, заключивших соглашения о поставках, возможны нестандартные сплавы и характеристики частиц.

Ценообразование:
Как высокоэффективный сплав, требующий передовых технологий производства, порошок Ti6Al4V стоит дороже стандартных сортов титана и порошков других металлов. Цены варьируются от $100/кг до $500/кг в зависимости от:

• Количество заказов
• Форма и распределение частиц по размерам
• Индивидуальная настройка химических/механических свойств
• Требования к испытаниям и сертификации
• Экономические факторы - динамика спроса и предложения, стоимость сырья

Более чистые сорта, используемые в медицинских приборах и аэрокосмической промышленности, стоят дороже. По мере наращивания производственных мощностей по всему миру наблюдается тенденция к снижению затрат.

Как выбрать порошок Ti6Al4V

Выбор подходящего порошка Ti6Al4V зависит от конкретной области применения и технологических требований. Некоторые ключевые соображения включают:

Аддитивное производство

• Форма частиц - сферические/фигурные распределения для лучшей текучести и упаковки
• Размер частиц - мелкие <45 микрон для лучшего разрешения и обработки поверхности
• Узкий диапазон размеров - обеспечивает равномерное плавление и уплотнение
• Высокая чистота порошка >99,5% титана для снижения загрязнения
• Низкое содержание кислорода, азота и углерода

Литье металлов под давлением (MIM)

• Порошок с неровной, угловатой поверхностью для повышения прочности зеленого цвета
• Средний размер частиц - 100 меш
• Порошковая смесь со связующими компонентами
• Экономическое содержание соответствует целевым показателям себестоимости

Термическое напыление

• Размер частиц подходит для процесса распыления
• Пористый гидридный порошок HDH обеспечивает лучшее сцепление покрытий
• Возможна разработка сплавов на заказ

Порошковая металлургия

• Угловатый, пористый порошок для уплотнения
• Порошковая смесь, адаптированная к условиям применения
• Сплав, модифицированный для обеспечения реакции спекания

Проконсультируйтесь с производителями порошков на ранних этапах проектирования, чтобы выбрать оптимальный порошок, подходящий для конкретных требований к компонентам.

Преимущества и недостатки порошка Ti6Al4V

Преимущества

• Высокое соотношение прочности и веса
• Сохраняет свойства при повышенных температурах
• Отличная коррозионная стойкость
• Биоинертный - не вызывает побочных реакций при имплантации
• Порошковое сырье позволяет изготавливать детали сложной формы методом AM
• Регулируемые механические свойства путем термообработки
• Возможность вторичной переработки для минимизации потерь

Ограничения

• Высокая стоимость материала по сравнению со сталями и алюминиевыми сплавами
• Требует высоких температур обработки Риск загрязнения кислородом
• Более низкая жесткость по сравнению со сталью
• Чувствительность к острым надрезам - риск растрескивания
• Сложная обработка, требующая специального инструмента.

Инженеры выбирают Ti6Al4V в тех случаях, когда прочность, термостойкость, биосовместимость и коррозионная стойкость критически важных конструкционных деталей перевешивают ограничения по стоимости.

Порошок Ti6Al4V в сравнении с альтернативами

Ti6Al4V конкурирует с нержавеющими сталями, кобальто-хромовыми сплавами, алюминиевыми сплавами и чистым титаном. Сравнение по ключевым параметрам приведено ниже:

	Ti6Al4V	Нержавеющая сталь 316L	Сплав CoCrMo	Al 6061	Чистый титан 2 класса
Предел текучести	860 МПа	290 МПа	655 МПа	55 МПа	370 МПа
Плотность	4,43 г/куб. см	8 г/куб. см	8,3 г/куб. см	2,7 г/куб. см	4,51 г/куб. см
Модуль Юнга	114 ГПа	193 ГПа	230 ГПа	69 ГПа	105 ГПа
Теплопроводность	7 Вт/мК	12 Вт/мК	9 Вт/мК	180 Вт/мК	7 Вт/мК
Температура плавления	1640°C	1375°C	1350°C	650°C	1668°С
Коррозионная стойкость	Отличный	Хороший	Ярмарка	Хороший	Отличный
Сравнение стоимости	10x против алюминия, 4x против стали	Более низкая стоимость	2x стоимость по сравнению со сталью	Самая низкая стоимость	В 8 раз дороже, чем Ti класса 2

узнать больше о процессах 3D-печати

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)	Значение/диапазон	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.

Мнения экспертов

• 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 и 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)
• Безопасность
• 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