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