La lega di titanio TC4, una lega di titanio di tipo -, è stata sviluppata con successo dagli Stati Uniti nel 1954. Comprende il 6% di elemento stabile e il 4% di elemento stabile V. La composizione nominale della lega di titanio TC4 è equivalente a 7.0 alluminio, con un equivalente di molibdeno di 2,9. Allo stato ricotto, la lega contiene il 10%-15% di fase beta. L'aggiunta di alluminio migliora la resistenza a temperatura ambiente e le proprietà di resistenza termica della lega rafforzando la fase attraverso la soluzione solida nel sistema Ti-Al-V. D'altra parte, V funge da uno dei pochi elementi di lega che migliora sia la resistenza che la plasticità nelle leghe di titanio. A differenza della maggior parte degli elementi di lega, V ha un effetto benefico sulla plasticità delle leghe di titanio poiché riduce il rapporto asse c/a del reticolo allo stato -, promuovendo la formazione della fase - e prevenendo l'infragilimento della lega a lungo termine durante l'uso.
La lega di titanio TC4 si distingue per le sue eccezionali prestazioni complessive e le favorevoli caratteristiche di processo. Questa lega presenta una resistenza moderata a temperatura ambiente ed elevata resistenza a temperature elevate. Dimostra un'ammirevole resistenza allo scorrimento viscoso e alla stabilità termica, insieme ad un'elevata resistenza alla fatica e alla propagazione delle cricche nell'acqua di mare. Inoltre, vanta una soddisfacente tenacità alla frattura e resistenza alla corrosione da stress termico salino. La lega di titanio TC4 mostra anche una ridotta sensibilità all’idrogeno rispetto alle leghe TC2 e TC1. Di conseguenza, trova idoneità nella produzione di vari componenti che funzionano in un ampio intervallo di temperature da -196 a 450 gradi, in particolare parti progettate tenendo presente il principio del limite di tolleranza ai danni.
Inoltre, la lega di titanio TC4 mostra eccellente duttilità e superplasticità, rendendola adatta alla modellatura utilizzando vari metodi di lavorazione a pressione. Si presta bene anche alle operazioni di saldatura e lavorazione meccanica, offrendo versatilità nelle tecniche di fabbricazione.
La lega di titanio TC4 è disponibile in diverse forme semilavorate, tra cui barre, forgiati, lamiere, piastre spesse, profili e fili. Inoltre, trova applicazione nelle fusioni (denominate ZTC4).
TC4ELI Lega di titanio
TC4ELI è una versione migliorata della lega di titanio TC4, caratterizzata da un contenuto di alluminio alterato e da livelli ridotti di elementi interstiziali come ferro (Fe), azoto (N), idrogeno (H) e ossigeno (O).
La lega di titanio TC4ELI ha acquisito importanza come materiale preferito per gli impianti medico-chirurgici grazie alla sua eccezionale biocompatibilità, basso modulo elastico, natura leggera, resistenza alla corrosione, non tossicità, elevato limite di snervamento, durata a fatica estesa, notevole plasticità a temperatura ambiente e facilità di lavorazione. formabilità. Nel campo medico, i fogli in lega di titanio TC4ELI vengono utilizzati prevalentemente per applicazioni come la riparazione del cranio e la fissazione delle ossa, dove esistono requisiti rigorosi in termini di resistenza, resistenza alla fatica e plasticità.
La lega di titanio, comprendente il titanio come elemento di base insieme ad altri elementi di lega, presenta due strutture cristalline isomorfe. Al di sotto di 882 gradi, il titanio adotta una struttura reticolare esagonale compatta nota come -titanio, mentre si trasforma in una struttura reticolare cubica centrata sul corpo chiamata beta-titanio sopra 882 gradi. Incorporando attentamente elementi di lega appropriati per modificare la temperatura di transizione di fase e la composizione dei componenti, è possibile ottenere leghe di titanio con strutture diverse, sfruttando le caratteristiche distintive di queste due strutture.
Basandosi sulla base della lega TC4, la lega di titanio TC4ELI riduce la presenza di elementi interstiziali come carbonio (C), ossigeno (O) e azoto (N), nonché l'elemento impurità ferro (Fe), con conseguente riduzione della forza. Tuttavia, questa regolazione migliora significativamente la capacità e la tenacità della lega. TC4ELI presenta eccellenti caratteristiche di plasticità, tenacità, prestazioni di saldatura e prestazioni a bassa temperatura, rendendolo ampiamente applicabile in campi cruciali come l'ingegneria a bassa temperatura, i trattamenti medici, le navi e gli aerei.
Mentre la lega TC4 è adatta per l'uso in ambienti normali o ad alta temperatura, la lega TC4ELI è specificamente progettata per ambienti a temperatura ultrabassa.
Gradi paragonabili alla lega di titanio TC4 e alla lega di titanio TC4ELI includono T-6A-4V/Grado 5 (grado americano), BT 6 (grado russo), IMI 318 (grado britannico) e TiAI6V4 (grado tedesco grado).
Nel campo della produzione di apparecchiature mediche, il titanio e le leghe di titanio trovano ampio utilizzo per affrontare i danni alle ossa e alle articolazioni causati da traumi e tumori. Le articolazioni artificiali, le placche ossee e le viti sono comunemente realizzate in titanio e leghe di titanio, che hanno ottenuto ampia accettazione nella pratica clinica. Questi materiali vengono utilizzati nelle articolazioni dell'anca (comprese le teste femorali), articolazioni del ginocchio, articolazioni del gomito, articolazioni metacarpo-falangee, articolazioni interfalangee, mandibole, corpi vertebrali artificiali (ortesi spinali), alloggiamenti di pacemaker, cuori artificiali (valvole cardiache), impianti dentali artificiali, titanio -ortodonzia dentale in nichel e rete in titanio per cranioplastica. L'elevata resistenza specifica, l'eccellente biocompatibilità e la resistenza alla corrosione dei fluidi corporei rendono il titanio e le leghe di titanio materiali sempre più ricercati.
Ti 6Al-4V ELI è una variante della lega Ti 6Al-4V che presenta uno spazio strutturale più stretto, che le consente di ottenere la massima tenacità. Questo grado è particolarmente adatto per applicazioni in acqua di mare e ambienti a bassa temperatura. In genere, Ti 6Al-4V ELI viene utilizzato allo stato ricotto ed è una scelta eccellente per gli impianti medici.
Il processo di produzione prevede la ricottura di rilassamento, in cui la lega viene raffreddata ad aria a temperature comprese tra 900 e 1200 gradi Fahrenheit per una durata da 1 a 4 ore. Per le barre tonde e i pezzi fucinati viene utilizzato un processo di doppia ricottura. Inizialmente, la solubilizzazione viene condotta a una temperatura compresa tra 50 e 100 gradi Fahrenheit sopra il punto di transizione beta. Il materiale viene mantenuto a questa temperatura per almeno 1 ora prima di essere raffreddato ad aria. Successivamente, la lega viene riscaldata a 1300-1400 gradi Fahrenheit per almeno 1 ora e poi raffreddata ad aria. Si consiglia la ricottura di rilassamento dopo le operazioni di saldatura.
