-型チタン合金であるTC4チタン合金は、1954年に米国によって開発に成功しました。6%の安定元素と4%の安定元素Vで構成されています。TC4チタン合金の公称組成は7に相当します。0アルミニウム、モリブデン当量2.9。 焼きなまし状態では、合金には 10%-15% のベータ相が含まれています。 アルミニウムを添加すると、Ti-Al-V 系の固溶体を通じて相が強化されるため、合金の室温での強度と熱強度特性が向上します。 一方、V は、チタン合金の強度と塑性の両方を向上させる数少ない合金元素の 1 つとして機能します。 ほとんどの合金元素とは異なり、V は α 状態格子の c/a 軸比を低下させ、β 相の形成を促進し、使用中の長期にわたる合金脆化を防ぐため、チタン合金の塑性に対して有益な効果をもたらします。
TC4 チタン合金は、その卓越した全体的なパフォーマンスと良好なプロセス特性で際立っています。 この合金は室温では中程度の強度を示し、高温では高い強度を示します。 優れたクリープ耐性と熱安定性を示し、さらに海水中での高い疲労耐性と亀裂伝播耐性も備えています。 さらに、良好な破壊靱性と熱塩応力腐食耐性を誇ります。 TC4 チタン合金は、TC2 および TC1 合金と比較して水素感受性が低いことも示しています。 その結果、-196 ～ 450 度の広い温度範囲で動作するさまざまなコンポーネント、特に損傷許容限界の原則を念頭に置いて設計された部品の製造に適しています。
また、TC4チタン合金は優れた延性と超塑性を示すため、各種圧力加工法による成形に適しています。 また、溶接や機械加工にも適しており、多用途な製造技術を提供します。
TC4 チタン合金は、棒、鍛造品、シート、厚板、異形材、ワイヤーなどのさまざまな半製品形状で入手できます。 さらに、鋳物（ZTC4 と呼ばれる）にも応用されています。
TC4ELI チタン合金
TC4ELI は、TC4 チタン合金の強化バージョンであり、アルミニウム含有量が変更され、鉄 (Fe)、窒素 (N)、水素 (H)、酸素 (O) などの格子間元素のレベルが低減されていることが特徴です。
TC4ELI チタン合金は、その並外れた生体適合性、低弾性率、軽量性、耐食性、非毒性、高い降伏強度、延長された疲労寿命、かなりの室温可塑性、および容易な加工の容易さにより、医療用外科インプラントの推奨材料として注目を集めています。成形性。 医療分野では、TC4ELI チタン合金シートは主に、強度、疲労寿命、可塑性に対する厳しい要件が存在する頭蓋骨修復や骨固定などの用途に使用されています。
チタン合金は、基本元素としてチタンを他の合金元素とともに含み、2 つの同形の結晶構造を示します。 882 度未満では、チタンは - チタンとして知られる最密六方格子構造を採用しますが、882 度を超えると、ベータチタンと呼ばれる体心立方格子構造に変化します。 適切な合金元素を注意深く組み込んで相転移温度と成分組成を変更することにより、これら 2 つの構造の際立った特性を活かして、異なる構造のチタン合金を得ることができます。
TC4ELI チタン合金は、TC4 合金をベースに、炭素 (C)、酸素 (O)、窒素 (N) などの格子間元素や不純物元素の鉄 (Fe) の存在を低減し、その結果、強さ。 ただし、この調整により、合金の容量と靭性が大幅に向上します。 TC4ELIは、優れた塑性、靱性、溶接性、低温性能を示し、低温工学、医療、船舶、航空機などの重要分野に幅広く応用されています。
TC4 合金は通常または高温環境での使用に適していますが、TC4ELI 合金は超低温環境向けに特別に設計されています。
TC4 チタン合金および TC4ELI チタン合金と同等のグレードには、T-6A-4V/グレード 5 (アメリカ グレード)、BT 6 (ロシア グレード)、IMI 318 (イギリス グレード)、TiAI6V4 (ドイツ グレード) などがあります。学年）。
医療機器製造の分野では、チタンおよびチタン合金は、外傷や腫瘍によって引き起こされる骨や関節の損傷に対処するために広く使用されています。 人工関節、骨プレート、ネジは通常、チタンおよびチタン合金で作られており、臨床現場で広く受け入れられています。 これらの材料は、股関節（大腿骨頭を含む）、膝関節、肘関節、中手指節関節、指節間関節、下顎骨、人工椎体（脊椎装具）、ペースメーカーハウジング、人工心臓（心臓弁）、人工歯科インプラント、チタンなどに採用されています。 - ニッケル歯科矯正、および頭蓋形成術用のチタンメッシュ。 高い比強度、優れた生体適合性、体液による耐腐食性により、チタンおよびチタン合金はますます人気の高い材料となっています。
Ti 6Al-4V ELI は、より狭い構造ギャップを特徴とする Ti 6Al-4V 合金の一種で、最大の靭性を実現できます。 このグレードは、海水および低温環境での用途に特に適しています。 通常、Ti 6Al-4V ELI はアニールされた状態で利用され、医療用インプラントに最適です。
製造プロセスには緩和焼鈍が含まれており、合金は華氏 900 ～ 1200 度の温度で 1 ～ 4 時間空冷されます。 丸棒や鍛造品には2回焼鈍処理が施されます。 最初に、溶体化アニールは、ベータ転移点より華氏 50 ～ 100 度高い温度で実行されます。 材料をこの温度で少なくとも 1 時間保持した後、空冷します。 その後、合金を華氏1300-1400度で少なくとも1時間再加熱し、その後空冷します。 溶接作業後は緩和焼鈍を行うことをお勧めします。
