TC4 legura titana, legura titana tipa -, uspješno je razvijena u Sjedinjenim Državama 1954. godine. Sastoji se od 6% stabilnog elementa i 4% stabilnog elementa V. Nominalni sastav TC4 legure titana ekvivalentan je 7.0 aluminij, s molibdenskim ekvivalentom od 2,9. U svom žarenom stanju, legura sadrži 10%-15% beta faze. Dodatak aluminija povećava čvrstoću na sobnoj temperaturi i svojstva toplinske čvrstoće legure jačanjem faze kroz čvrstu otopinu u Ti-Al-V sustavu. S druge strane, V služi kao jedan od rijetkih legirajućih elemenata koji poboljšava čvrstoću i plastičnost u legurama titana. Za razliku od većine legirajućih elemenata, V ima povoljan učinak na plastičnost titanovih legura jer smanjuje omjer c/a-osi rešetke -stanja, promičući stvaranje -faze i sprječavajući dugotrajnu krtost legure tijekom uporabe.
TC4 legura titana ističe se svojim iznimnim ukupnim performansama i povoljnim karakteristikama procesa. Ova legura pokazuje umjerenu čvrstoću na sobnoj temperaturi i visoku čvrstoću na povišenim temperaturama. Pokazuje zadivljujuću otpornost na puzanje i toplinsku stabilnost, uz visoku otpornost na zamor i otpornost na širenje pukotina u morskoj vodi. Štoviše, može se pohvaliti zadovoljavajućom žilavošću loma i otpornošću na koroziju pod utjecajem toplinske soli. TC4 legura titana također pokazuje smanjenu osjetljivost na vodik u usporedbi s legurama TC2 i TC1. Posljedično, pronalazi prikladnost u proizvodnji različitih komponenti koje rade u širokom temperaturnom rasponu od -196 do 450 stupnjeva, posebno dijelova dizajniranih imajući na umu načelo granice tolerancije oštećenja.
Nadalje, legura titana TC4 pokazuje izvrsnu duktilnost i superplastičnost, što je čini prikladnom za oblikovanje različitim metodama obrade pritiskom. Također se dobro podnosi operacijama zavarivanja i strojne obrade, nudeći svestranost u tehnikama izrade.
TC4 legura titana dostupna je u različitim polugotovim oblicima, uključujući šipke, otkivke, limove, debele ploče, profile i žice. Osim toga, nalazi primjenu u odljevcima (naziva se ZTC4).
TC4ELI legura titana
TC4ELI je poboljšana verzija TC4 legure titana, koja se razlikuje po promijenjenom sadržaju aluminija i smanjenim razinama intersticijskih elemenata kao što su željezo (Fe), dušik (N), vodik (H) i kisik (O).
TC4ELI legura titana postala je istaknuta kao preferirani materijal za medicinske kirurške implantate zbog svoje iznimne biokompatibilnosti, niskog modula elastičnosti, male težine, otpornosti na koroziju, netoksičnosti, visoke granice razvlačenja, produljenog vijeka trajanja, značajne plastičnosti na sobnoj temperaturi i jednostavnosti oblikovnost. U medicinskom području, ploče od legure titana TC4ELI pretežno se koriste za primjene poput popravka lubanje i fiksacije kostiju, gdje postoje strogi zahtjevi za čvrstoću, izdržljivost i plastičnost.
Legura titana, koja se sastoji od titana kao osnovnog elementa zajedno s drugim elementima legure, pokazuje dvije izomorfne kristalne strukture. Ispod 882 stupnja, titan preuzima tijesno zbijenu heksagonalnu rešetkastu strukturu poznatu kao -titan, dok se iznad 882 stupnja pretvara u kubičnu rešetkastu strukturu usmjerenu na tijelo zvanu beta-titan. Pažljivim uključivanjem odgovarajućih legirajućih elemenata za modificiranje temperature faznog prijelaza i sastava komponenti, mogu se dobiti legure titana s različitim strukturama, iskorištavajući razlikovne karakteristike ovih dviju struktura.
Izgrađena na temelju legure TC4, legura titana TC4ELI smanjuje prisutnost međuprostornih elemenata kao što su ugljik (C), kisik (O) i dušik (N), kao i element nečistoće željezo (Fe), što rezultira smanjenjem snaga. Međutim, ova prilagodba značajno povećava kapacitet i žilavost legure. TC4ELI pokazuje izvrsnu plastičnost, žilavost, performanse zavarivanja i performanse na niskim temperaturama, što ga čini široko primjenjivim u ključnim poljima kao što su inženjering na niskim temperaturama, medicinski tretmani, brodovi i zrakoplovi.
Dok je legura TC4 prikladna za korištenje u okruženjima s uobičajenom ili visokom temperaturom, legura TC4ELI je posebno dizajnirana za okolinu s ultra niskom temperaturom.
Usporedivi stupnjevi TC4 titanove legure i TC4ELI titanijske legure uključuju T-6A-4V/Grade 5 (američki stupanj), BT 6 (ruski stupanj), IMI 318 (britanski stupanj) i TiAI6V4 (njemački razred).
U području proizvodnje medicinske opreme, titan i legure titana nalaze široku primjenu u rješavanju oštećenja kostiju i zglobova uzrokovanih traumom i tumorima. Umjetni zglobovi, koštane ploče i vijci obično se izrađuju od titana i titanovih legura, koje su široko prihvaćene u kliničkoj praksi. Ovi se materijali koriste u zglobovima kuka (uključujući glave bedrene kosti), zglobovima koljena, zglobovima lakta, metakarpofalangealnim zglobovima, interfalangealnim zglobovima, mandibulama, umjetnim tijelima kralješaka (spinalne ortoze), kućištima srčanih stimulatora, umjetnim srcima (srčani zalisci), umjetnim zubnim implantatima, titanu -nikal dentalna ortodoncija, te titanska mrežica za kranioplastiku. Visoka specifična čvrstoća, izvrsna biokompatibilnost i otpornost na koroziju uzrokovanu tjelesnim tekućinama čine titan i titanove legure sve traženijim materijalima.
Ti 6Al-4V ELI je varijanta Ti 6Al-4V legure koja ima uži strukturni razmak, što joj omogućuje postizanje maksimalne žilavosti. Ovaj stupanj je posebno prikladan za primjenu u morskoj vodi i okruženjima s niskom temperaturom. Tipično, Ti 6Al-4V ELI se koristi u žarenom stanju i odličan je izbor za medicinske implantate.
Proizvodni proces uključuje relaksacijsko žarenje, gdje se legura hladi zrakom na temperaturama u rasponu od 900 do 1200 stupnjeva Fahrenheita u trajanju od 1 do 4 sata. Za okrugle šipke i otkivke primjenjuje se postupak dvostrukog žarenja. U početku se žarenje u otopini provodi na temperaturi od 50 do 100 stupnjeva Fahrenheita iznad točke beta prijelaza. Materijal se drži na ovoj temperaturi minimalno 1 sat prije nego što se ohladi na zraku. Nakon toga, legura se ponovno zagrijava na 1300-1400 stupnjeva Fahrenheita najmanje 1 sat i zatim se hladi zrakom. Nakon zavarivanja preporučuje se relaksacijsko žarenje.
