Ti6Al4V pulver

Översikt

Ti6Al4V-pulver, även känt som Ti-6Al-4V, Grade 5 titanium, Ti 6-4 eller Ti 6/4, är ett titanlegeringspulver som består av titan, 6% aluminium och 4% vanadin. Det erbjuder en exceptionell kombination av hög hållfasthet, låg vikt, korrosionsbeständighet och biokompatibilitet, vilket gör det till ett extremt mångsidigt material för avancerade applikationer inom flyg, medicintekniska produkter, marin hårdvara och mycket mer.

Ti6Al4V anses vara arbetshästen bland titanlegeringar och står för över 50% av den totala titananvändningen i världen. Det har bland de bästa styrke-/viktförhållandena av alla metalliska material och bibehåller sina egenskaper vid extrema temperaturer.

Några viktiga egenskaper och kännetecken för Ti6Al4V-pulver inkluderar:

• Utmärkt styrka/vikt-förhållande, hög specifik styrka
• Låg densitet - 4,43 g/cm3
• Hög korrosionsbeständighet
• Biokompatibilitet och förmåga till osseointegration
• Goda egenskaper vid höga temperaturer - användbar upp till 400°C med oxidationsbeständighet upp till 550°C
• Hög brottseghet och utmattningshållfasthet
• Finns i olika storleksintervall och morfologier - sfäriska, kantiga

Med sina mångsidiga egenskaper har Ti6Al4V idag många olika användningsområden inom olika branscher.

Typer av Ti6Al4V-pulver

Ti6Al4V legeringspulver finns i olika storleksfördelningar, former och produktionsmetoder för att passa specifika applikationer:

Typ	Egenskaper
Gasatomiserad sfärisk	- Nära sfärisk morfologi, slät yta - Tät kontroll av partikelstorlek - Används i AM, MIM, termisk sprutning
Plasmaatomiserad sfärisk	- Mycket sfärisk med slät yta - Smal storleksfördelning - Används i AM-processer
Hydrid-dehydrid (HDH)	- Oregelbunden, kantig morfologi - Porösa, svampiga partiklar - Lägre produktionskostnad - Används i MIM, pressning, termisk sprutning

Partikelstorlek: Finns från 15 mikrometer till 150+ mikrometer beroende på produktionsmetod

Storleksfördelning: Sorterade/siktade, blandade eller anpassade specifikationer

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

Ti6Al4V pulver sammansättning

Ti6Al4V överensstämmer med Aerospace Material Specification (AMS) 4928 och har den nominella sammansättningen:

Element	Sammansättning Range
Titan	Balans, 87.725 - 91%
Aluminium	5.5 – 6.76%
Vanadin	3.5 – 4.5%
Järn	Max 0,30%
Syre	Max 0,20%
Kväve	Max 0,05%
Kol	Max 0,08%
Väte	Max 0,015%

Järn, syre och kväve är vanligt förekommande orenheter. Sammansättningen analyseras rutinmässigt för att säkerställa att den uppfyller specifikationerna för flyg- och rymdindustrin innan den finfördelas till pulver.

Egenskaper för Ti6Al4V-pulver

Ti6Al4V är uppskattat för sin exceptionella balans mellan mekaniska egenskaper, korrosionsbeständighet, lätthet och biokompatibilitet. Dess egenskaper inkluderar:

Fysikaliska och mekaniska egenskaper	Värden
Täthet	4,43 g/cm3
Smältpunkt	1604 - 1660°C
Slutlig draghållfasthet	860 - 965 MPa
Utbyteshållfasthet (0,2% offset)	795 - 875 MPa
Elasticitetsmodul	114 GPa
Töjning vid brott	10 – 18%
Hårdhet	334 - 361 HV
Utmattningshållfasthet (107 cykler)	400 - 490 MPa
Brottseghet	55 - 115 MPa-m^0,5

Termiska egenskaper
Termisk utvidgningskoefficient - 8,6 x 10-6 /K (20-100°C)
Termisk konduktivitet - 7,2 W/m.K
Maximal driftstemperatur - 400°C

Motståndskraft mot korrosion
Utmärkt korrosionsbeständighet jämförbar med olegerad titan Motstår korrosion av de flesta syror, fuktiga gaser och organiska kemikalier

Bildandet av ett stabilt och mycket vidhäftande oxidytskikt ger utmärkt motståndskraft mot saltlösningar. Ti6Al4V uppvisar ett skydd som är överlägset rostfritt stål i kloridlösningar tack vare lägre diffusionshastigheter för syre och klorid.

Ti6Al4V Pulver Tillämpningar

Tack vare sina välbalanserade egenskaper har Ti6Al4V idag många olika användningsområden inom industri och medicin:

Industri	Tillämpningar
Flyg- och rymdindustrin	- Strukturella komponenter till flygplan, t.ex. vingar, landningsställ, turbiner, fästelement - Höljen till raketmotorer, rymdfarkoster - Rotornav till helikoptrar, kompressorblad
Medicin & tandvård	- Ortopediska implantat - höft- och knäleder - Tandimplantat, fixturer, kronor - Maxillofaciala implantat - Kirurgiska instrument
Fordon	- Kopplingsstavar, drivaxlar, fjädrar - Racerbilsdelar som ventiler, kolvar - Avgaskomponenter
Kemisk	- Värmeväxlare, tankar, rörledningar som transporterar korrosiva medier - Ventiler, kondensorer, destillationskolonner - Pumpar och höljen
Kraft & Energi	- Komponenter till ång- och gasturbiner - Strukturella delar till reaktorer - Förnybar energi - högpresterande offshore
Marin	- Propellrar, vevstakar - Korrosionsbeständiga fästelement, gångjärn - Avsaltningsutrustning

Additiv tillverkning utökar användningsområdena för titanlegeringar inom alla dessa sektorer genom att möjliggöra friformsgeometrier som inte varit möjliga tidigare.

Specifikationer för Ti6Al4V-pulver

Standard	Beskrivning
ASTM B348	Standardspecifikation för stång och billets av titan och titanlegeringar
AMS 4928	Materialspecifikation för flyg- och rymdindustrin för plåt, band och skivor av titanlegering 6Al - 4V glödgad
AMS 4943	Gränsvärden för kemisk kontrollanalys för titan och titanlegeringar
AMS 4967	Materialspecifikation för flyg- och rymdindustrin för pulver, titanlegering 6Al-4V
ISO 21388	Specifikation för olegerad titan för kirurgiska implantattillämpningar
ASME SB-348	Specifikation för stång och billets av titan och titanlegeringar

Titan klass 5 Eli-pulver måste också uppfylla ytterligare kundkrav avseende:

• Partikelns form
• Flytbarhet
• Skenbar densitet
• Tappdensitet
• Pyknometerns densitet
• Kemisk analys
• Mekaniska egenskaper

Tillverkare som producerar Ti6Al4V-pulver följer certifierade kvalitetsstyrningssystem och testprotokoll innan de levererar till kunder inom bland annat försvars-, flyg-, energi-, motorsport- och medicinska sektorer.

Ti6Al4V pulver leverantörer

Ti6Al4V-pulver tillverkas via gasatomisering eller plasmaatomisering för att producera sfäriskt pulver lämpligt för AM. Utgångsråmaterialet är en legeringsplatta som smälts om med vakuumbåge (VAR) eller elektronstråle (EBM) och som finfördelas till fina droppar som stelnar till pulverpartiklar vid snabb kylning.

Viktiga globala leverantörer av sfäriska och förlegerade pulver av Ti6Al4V är

Företag	Land
AP&C	Kanada
ATI Pulvermetall	USA
TLS Teknik GmbH	Tyskland
GKN Hoeganaes	USA
Tekna Avancerade Material	USA
Slm Lösningar	Tyskland
Erasteel	Frankrike

Ti6Al4V-pulver kan köpas i små kvantiteter för forskning och prototyptillämpningar. Anpassade legeringar och partikelegenskaper är också möjliga för företag med etablerade leveransavtal.

Prissättning:
Ti6Al4V-pulvret är en högpresterande legering som kräver avancerad tillverkning och är därför dyrare än standardkvaliteter av titan och andra metallpulver. Prissättningen varierar från $100/kg till $500/kg baserat på:

• Orderkvantitet
• Partikelform och storleksfördelning
• Anpassning av kemiska/mekaniska egenskaper
• Test- och certifieringskrav
• Ekonomiska faktorer - dynamik mellan utbud och efterfrågan, råvarukostnader

Högre renhetsgrader som används inom medicintekniska produkter och flyg- och rymdtillämpningar är dyrare. Kostnaderna har sjunkit i takt med att produktionskapaciteten har ökat globalt.

Hur man väljer Ti6Al4V-pulver

Valet av lämpligt Ti6Al4V-pulver beror på dina specifika applikations- och processkrav. Några viktiga överväganden inkluderar:

Additiv tillverkning

• Partikelform - sfärisk/formad fördelning för bättre flöde och packning
• Partikelstorlek - fin <45 mikrometer för bättre upplösning och ytfinish
• Smalt storleksintervall - säkerställer enhetlig smältning och förtätning
• Titan med hög pulverrenhet >99,5% för lägre kontaminering
• Låg syre-, kväve- och kolhalt

Formsprutning av metall (MIM)

• Oregelbundet, kantigt pulver för högre grönstyrka
• Medelstor partikelstorlek - 100 mesh
• Pulverblandning med bindemedelskomponenter
• Economic grade uppfyller kostnadsmålen

Termisk spray

• Partikelstorlek lämplig för sprayprocess
• Poröst HDH-hydridpulver ger bättre vidhäftning av beläggningen
• Utveckling av kundanpassade legeringar möjlig

Pulvermetallurgi

• Kantigt, poröst pulver för komprimering
• Pulverblandning skräddarsydd för applikationen
• Legering modifierad för sintringsrespons

Kontakta pulvertillverkare tidigt i designprocessen för att välja det optimala pulvret för dina specifika komponentkrav.

Fördelar och begränsningar med Ti6Al4V-pulver

Fördelar

• Högt förhållande mellan styrka och vikt
• Bibehåller egenskaper vid förhöjda temperaturer
• Utmärkt korrosionsbeständighet
• Bioinert - ger inte upphov till biverkningar vid implantering
• Pulverråvara möjliggör tillverkning av komplexa, nätformade delar via AM
• Skräddarsydda mekaniska egenskaper genom värmebehandling
• Återvinningsbar för att minimera avfallet

Begränsningar

• Hög materialkostnad jämfört med stål och aluminiumlegeringar
• Kräver höga bearbetningstemperaturer risk för syreförorening
• Lägre styvhet än stål
• Skarp skårkänslighet - risk för sprickbildning
• Svårbearbetad och kräver specialverktyg

Ingenjörer väljer Ti6Al4V när kraven på styrka, temperaturbeständighet, biokompatibilitet och korrosionsbeständighet väger tyngre än kostnadsbegränsningar i kritiska konstruktionsdelar.

Ti6Al4V-pulver jämfört med alternativ

Ti6Al4V konkurrerar med rostfritt stål, koboltkromlegeringar, aluminiumkvaliteter och ren titan. Jämförelse av nyckelparametrar belyses nedan:

	Ti6Al4V	Rostfritt stål 316L	CoCrMo legering	Al 6061	Ren Ti klass 2
Utbyteshållfasthet	860 MPa	290 MPa	655 MPa	55 MPa	370 MPa
Täthet	4,43 g/cc	8 g/cc	8,3 g/cc	2,7 g/cc	4,51 g/cc
Young's modul	114 GPa	193 GPa	230 GPa	69 GPa	105 GPa
Termisk konduktivitet	7 W/mK	12 W/mK	9 W/mK	180 W/mK	7 W/mK
Smältpunkt	1640°C	1375°C	1350°C	650°C	1668°C
Motståndskraft mot korrosion	Utmärkt	Bra	Rättvist	Bra	Utmärkt
Kostnadsjämförelse	10x mot aluminium, 4x mot stål	Lägre kostnadsbas	2x kostnad jämfört med stål	Lägsta kostnad	8x kostnad jämfört med Ti grad 2

få veta mer om 3D-utskriftsprocesser

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)	Värde/intervall	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.

Expertutlåtanden

• 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 och 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)
• Säkerhet
• 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