ASTM F136: руководство

Добро пожаловать, дорогой читатель! Сегодня мы погрузимся в увлекательный мир ASTM F136. Теперь вы, возможно, задаетесь вопросом: "Что такое ASTM F136?". Не волнуйтесь, я все предусмотрел. К концу этого обширного руководства вы будете знать все, что нужно знать об этом замечательном материале.

Обзор стандарта ASTM F136

ASTM F136, также известный как титан 6Al-4V ELI (Extra Low Interstitial), - это титановый сплав, широко известный благодаря своему применению в медицине. Этот сплав отличается биосовместимостью, коррозионной стойкостью и превосходными механическими свойствами, что делает его популярным материалом для медицинских имплантатов, хирургических инструментов и других ответственных применений.

Основные сведения о ASTM F136

• Состав: Титан, алюминий, ванадий
• Свойства: Высокая прочность, малый вес, коррозионная стойкость, биосовместимость
• Приложения: Медицинские имплантаты, хирургические инструменты, аэрокосмические компоненты
• Технические характеристики: Стандарт ASTM F136 определяет качество и характеристики сплава

Типы, состав, свойства и характеристики

Чтобы по-настоящему оценить ASTM F136, необходимо понимать его состав, свойства и характеристики. Давайте разберемся в этом:

Состав ASTM F136

Элемент	В процентах
Титан (Ti)	88 – 90%
Алюминий (Al)	5.5 – 6.75%
Ванадий (V)	3.5 – 4.5%
Кислород (O)	≤ 0,13%
Углерод (C)	≤ 0,08%
Азот (N)	≤ 0,05%
Водород (Н)	≤ 0,0125%
Железо (Fe)	≤ 0,25%

Свойства и характеристики ASTM F136

Недвижимость	Описание
Плотность	4,43 г/см³
Модуль Юнга	110 ГПа
Предельная прочность на разрыв	860 МПа
Предел текучести	795 МПа
Удлинение при разрыве	15%
Твердость	300 HV
Теплопроводность	6,7 Вт/м-К
Электрическое сопротивление	1,7 мкΩ-м
Биосовместимость	Отлично (соответствует стандартам ASTM F136)
Коррозионная стойкость	Высокая (устойчивость к воздействию биологических жидкостей и химических веществ)

Применение ASTM F136

ASTM F136 в основном используется в медицинской сфере, но благодаря своим уникальным свойствам находит применение и в других отраслях.

Применение в медицине

Приложение	Описание
Ортопедические имплантаты	Эндопротезы тазобедренных суставов, коленные суставы, спинальные имплантаты
Зубные имплантаты	Корни зубов, абатменты, мосты
Хирургические инструменты	Скальпели, щипцы, ретракторы
Краниофациальные имплантаты	Пластины, винты для реконструктивной хирургии
Сердечно-сосудистые имплантаты	Сердечные клапаны, стенты

Аэрокосмические приложения

Приложение	Описание
Аэрокосмический крепеж	Болты, гайки и винты для сборки самолетов
Структурные компоненты	Конструкции планера, шасси
Детали двигателя	Лопатки турбин, диски компрессоров

Промышленное применение

Приложение	Описание
Химическая обработка	Оборудование для химических заводов, реакторы
Применение на море	Судостроение, компоненты для морского бурения
Спортивные товары	Высокопроизводительные велосипеды, клюшки для гольфа

Технические характеристики, размеры, марки, стандарты

При работе с ASTM F136 очень важно придерживаться установленных стандартов, чтобы обеспечить целостность и эксплуатационные характеристики материала.

Спецификации и стандарты

Стандарт	Описание
ASTM F136	Стандартная спецификация на деформируемый сплав титана-6алюминия-4ванадия ELI (extra low interstitial) для применения в хирургических имплантатах.

Размеры и марки

Диапазон размеров	Описание
Бары	Диаметр: от 6 мм до 150 мм
Простыни	Толщина: от 0,5 мм до 5 мм
Пластины	Толщина: от 5 мм до 100 мм
Провода	Диаметр: от 0,1 мм до 10 мм
Классы	Класс 23 (Ti 6Al-4V ELI)

Поставщики и ценовая политика

Поиск правильного поставщика - это залог того, что вы получите высококачественный материал ASTM F136. Вот несколько авторитетных поставщиков и их ценовая информация.

Лучшие поставщики

Поставщик	Описание	Ценообразование (приблизительное)
ATI Metals	Ведущий мировой производитель и поставщик титана и других специальных материалов.	$50 - $100 за кг
Тимет (корпорация "Титановые металлы")	Крупнейший производитель продукции на основе титана, специализирующийся на аэрокосмической и медицинской промышленности.	$60 - $110 за кг
ВСМПО-АВИСМА	Крупнейший мировой производитель титана, поставляющий высококачественные титановые сплавы.	$55 - $105 за кг
Toho Titanium	Японский поставщик, известный своей высокочистой и передовой титановой продукцией.	$65 - $115 за кг
Arcam AB (GE Additive)	Специализируется на аддитивном производстве и передовых материалах для медицинской и аэрокосмической отраслей.	$70 - $120 за кг

Сравнение плюсов и минусов

Рассматривая ASTM F136 для своего применения, необходимо взвесить его преимущества и ограничения.

Преимущества ASTM F136

Преимущество	Описание
Биосовместимость	Отличная совместимость с тканями человека, что делает его идеальным для медицинских имплантатов.
Коррозионная стойкость	Высокая устойчивость к биологическим жидкостям и химическим веществам обеспечивает долговечность.
Механические свойства	Высокое соотношение прочности и веса, что делает его прочным и в то же время легким.
Универсальность	Подходит для широкого спектра применений, от медицинских до аэрокосмических.

Ограничения ASTM F136

Ограничение	Описание
Стоимость	Относительно дорого по сравнению с другими материалами.
Обрабатываемость	Требуется специальное оборудование и методы обработки.
Доступность	Из-за высокого спроса и специфических производственных процессов сроки изготовления могут увеличиваться.

Конкретные модели металлических порошков

В сфере аддитивного производства и передовых приложений выделяются несколько конкретных моделей металлических порошков, соответствующих стандарту ASTM F136. Вот несколько ярких примеров:

Лучшие модели металлических порошков

Модель	Описание
Ti64 ELI от Arcam AB	Высокочистый титановый порошок для технологии электронно-лучевого плавления (EBM).
TLS Ti6Al4V ELI от TLS Technik	Высококачественный порошок для селективного лазерного плавления (SLM) и других процессов аддитивного производства.
AP&C Ti-6Al-4V ELI от GE Additive	Сферический титановый порошок, разработанный для оптимальной текучести и плотности упаковки в аддитивном производстве.
Ti-6Al-4V ELI от Carpenter Additive	Высокоэффективный порошок для различных технологий 3D-печати, обеспечивающий стабильное качество и свойства.
AMTi-6Al-4V ELI от Tekna	Титановый порошок, распыляемый плазмой, обеспечивает превосходные характеристики при аддитивном производстве.
Ti-6Al-4V ELI от Oerlikon Metco	Высококачественный порошок для лазерной наплавки, аддитивного производства и других передовых процессов.
Ti-6Al-4V ELI от LPW Technology	Разработанный порошок для высокопрочных и легких применений в аэрокосмической и медицинской отраслях.
Ti-6Al-4V ELI от Praxair Surface Technologies	Постоянный и высокочистый порошок для сложных задач аддитивного производства.
Ti-6Al-4V ELI от Sandvik	Титановый порошок премиум-класса для аддитивного производства, обеспечивающий превосходные механические свойства и биосовместимость.
Ti-6Al-4V ELI от компании Renishaw	Универсальный порошок для широкого спектра технологий аддитивного производства, обеспечивающий высокую производительность и надежность.

Сравнительный анализ моделей металлических порошков

Чтобы помочь вам принять взвешенное решение, давайте сравним эти модели металлических порошков по различным параметрам.

Сравнение производительности

Модель	Текучесть	Плотность упаковки	Уровень чистоты	Диапазон цен
Ti64 ELI от Arcam AB	Отличный	Высокая	Ультравысокий	$100 - $150/кг
TLS Ti6Al4V ELI от TLS Technik	Очень хорошо	Высокая	Высокая	$90 - $140/кг
AP&C Ti-6Al-4V ELI от GE Additive	Отличный	Очень высокий	Ультравысокий	$110 - $160/кг
Ti-6Al-4V ELI от Carpenter Additive	Очень хорошо	Высокая	Высокая	$95 - $145/кг
AMTi-6Al-4V ELI от Tekna	Отличный	Высокая	Ультравысокий	$105 - $155/кг
Ti-6Al-4V ELI от Oerlikon Metco	Очень хорошо	Высокая	Высокая	$100 - $150/кг
Ti-6Al-4V ELI от LPW Technology	Отличный	Очень высокий	Ультравысокий	$110 - $160/кг
Ti-6Al-4V ELI от Praxair Surface Technologies	Очень хорошо	Высокая	Высокая	$95 - $145/кг
Ti-6Al-4V ELI от Sandvik	Отличный	Очень высокий	Ультравысокий	$110 - $160/кг
Ti-6Al-4V ELI от компании Renishaw	Отличный	Высокая	Высокая	$100 - $150/кг

Сравнение плюсов и минусов

Модель	Плюсы	Cons
Ti64 ELI от Arcam AB	Высокая чистота, отличная текучесть, надежная работа	Более высокая стоимость по сравнению с некоторыми альтернативами
TLS Ti6Al4V ELI от TLS Technik	Неизменное качество, хорошее соотношение цены и качества	Немного меньшая плотность упаковки по сравнению с другими
AP&C Ti-6Al-4V ELI от GE Additive	Сверхвысокая чистота, очень высокая плотность упаковки	Более высокий ценовой диапазон
Ti-6Al-4V ELI от Carpenter Additive	Высокая производительность, стабильные свойства	Средний и высокий ценовой диапазон
AMTi-6Al-4V ELI от Tekna	Превосходная производительность, высокая чистота, отлично подходит для аддитивного производства	Более высокая стоимость
Ti-6Al-4V ELI от Oerlikon Metco	Надежная работа, хорошая текучесть	Средний и высокий ценовой диапазон
Ti-6Al-4V ELI от LPW Technology	Сверхвысокая чистота, отличная плотность упаковки	Более высокий ценовой диапазон
Ti-6Al-4V ELI от Praxair Surface Technologies	Постоянное качество, хорошая производительность	Средний и высокий ценовой диапазон
Ti-6Al-4V ELI от Sandvik	Превосходное качество, отличные механические свойства	Более высокая стоимость
Ti-6Al-4V ELI от компании Renishaw	Высокая надежность, универсальность применения	Средний и высокий ценовой диапазон

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Что означает ASTM F136?

ASTM F136 - это стандартная спецификация на деформируемый титан-6-алюминий-4-ванадиевый сплав ELI (extra low interstitial), используемый в основном для изготовления хирургических имплантатов.

Почему ASTM F136 предпочтительнее для медицинских имплантатов?

ASTM F136 предпочитают использовать для медицинских имплантатов благодаря его отличной биосовместимости, коррозионной стойкости и высокой механической прочности. Благодаря этим свойствам материал может выдерживать суровые условия человеческого тела и сохранять работоспособность в течение длительного времени.

Каковы основные элементы стандарта ASTM F136?

Основными элементами в ASTM F136 являются титан (Ti), алюминий (Al) и ванадий (V), причем титан является преобладающим компонентом.

Как обычно производится ASTM F136?

ASTM F136 производится с помощью различных процессов, включая ковку, прокатку и термообработку, для достижения желаемых механических свойств и обеспечения соответствия стандартным спецификациям.

Кроме медицины, где еще используется ASTM F136?

Помимо медицинской сферы, ASTM F136 также используется в аэрокосмической промышленности для изготовления структурных компонентов, крепежа и деталей двигателей, а также в таких промышленных областях, как химическая обработка и судостроение.

Подходит ли ASTM F136 для 3D-печати?

Да, ASTM F136 широко используется в аддитивном производстве, особенно в виде титанового порошка для таких технологий 3D-печати, как электронно-лучевое плавление (EBM) и селективное лазерное плавление (SLM).

Является ли ASTM F136 дорогим?

ASTM F136 относительно дороже других материалов из-за своих высоких эксплуатационных характеристик и специализированного применения: цены обычно варьируются от $50 до $160 за килограмм в зависимости от поставщика и формы (прутки, листы, порошок и т.д.).

Заключение

Вот и все - исчерпывающее руководство по ASTM F136! Мы рассмотрели все, начиная с его состава и свойств и заканчивая областями применения, спецификациями и даже глубоким погружением в различные модели металлических порошков для современного производства. Если вы рассматриваете ASTM F136 для медицинских имплантатов, аэрокосмических компонентов или любых других высокопроизводительных применений, это руководство должно стать вашим основным источником информации.

узнать больше о процессах 3D-печати

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)

Метрика	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.

Мнения экспертов

• 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

• Стандарты
• 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