TC4 vs TC4ELI titaanisulam: vahejuhtimine, omadused ja klassi ekvivalendid
Nov 26, 2024
TC4 on hiina tähis alfa-beeta-titaanisulamile, mida laiemalt tuntakse kui Ti-6Al-4V. Kompositsioon töötati esmakordselt välja USA-s 1954. aastal. Hiina süsteemis on sulam määratletud titaanisulami koostise standardis GB/T 3620.1, mis fikseerib alumiiniumisisalduse 6,5 kuni 3,5 protsenti vanaadiumisisaldusest 5,5. 4,5 protsenti, kusjuures rauasisaldus hoitakse 0,30 protsenti ja hapnik 0,20 protsenti. Alumiiniumi nominaalekvivalent on 6,0 ja vanaadiumiekvivalent 4,0 ning lõõmutatud olekus sisaldab sulam ligikaudu 10–15 protsenti beetafaasi.
TC4ELI on sama sulami eriti-madal-vaheversioon. Alumiinium ja vanaadium jäävad samasse vahemikku, kuid hapnikku vähendatakse maksimaalselt 0,13 protsendini, rauda 0,25 protsendini ja vesinikku 0,0125 protsendini. Rahvusvahelised vasted on TC4 jaoks 5. klass (UNS R56400) ja TC4ELI jaoks klass 23 (UNS R56407).
Keemia: täielik erinevuste tabel
Allolevas tabelis on seatud kaks koostist kõrvuti, kasutades GB/T 3620.1 süsteemis kohaldatavaid piiranguid ja samaväärsete klasside ASTM-i piirmäärasid. Kõik väärtused on maksimaalsed, välja arvatud juhul, kui kuvatakse vahemik. Titaan on mõlemal juhul tasakaal.
| Element | TC4 / 5. klass (R56400) | TC4ELI / Grade 23 (R56407) | Rangema limiidi mõju |
|---|---|---|---|
| Alumiinium | 5.5 - 6.75 % | 5.5 - 6.75 % (5.5 - 6.5 % implantaadi klassides) | Alfa stabilisaator, tõstab tugevust ja kuuma tugevust |
| Vanaadium | 3.5 - 4.5 % | 3.5 - 4.5 % | Beeta stabilisaator, parandab elastsust |
| Hapnik | 0.20 % | 0.13 % | Suurim sitkuse ja väsimuse eluea juht |
| Raud | 0.30 % | 0.25 % | Vähendab beetafaasi stabiilsust ja tugevust, kui see on kõrge |
| Lämmastik | 0.05 % | 0.03 % | Tugev tugevdaja, rabab keevisõmblusi |
| Süsinik | 0.08 % | 0.08 % | Kontrollitud keevitatavuse tagamiseks |
| Vesinik | 0.015 % | 0.0125 % | Piirab hüdriidi moodustumist ja hilinenud pragunemist |
Mida interstitsiaalne lünk omadustega teeb?
Hapniku langetamine 0,20 protsendilt 0,13 protsendile maksab umbes 35–40 MPa tõmbetugevust ja vähendab 0,2 protsendilist nihkesaagist sarnaselt, minimaalselt 828 MPa-lt minimaalselt 795 MPa-le lõõmutatud varda tingimustes. Tõmbe pikenemine jääb minimaalseks 10 protsendiks, kuid pindala vähenemine paraneb minimaalselt 25 protsendini ja olulisem on murdumistugevus, mis tavaliselt tõuseb 15–25 protsenti. Väsimuspragude kasvukiirus langeb ja väsimuspiir sälgulistes tingimustes paraneb. Implantaadi, surveanuma või sepistatud komponendi puhul, mis näeb tsüklilist koormust, on see kauplemine peaaegu alati väärt. Peamiselt staatilise pingega koormatud kronsteini, kinnitusdetaili või üldiselt töödeldud detaili puhul seda tavaliselt ei ole.
Muutub ka töödeldavus. Mõlemad sulamid sepistavad samas temperatuurivahemikus ja reageerivad samale lahuse töötlemisele ja vananemistsüklile, kuid TC4ELI-l on beeta-sepistamiseks kitsam aken, kuna madalam hapnikusisaldus vähendab pinna saastumise taluvust. Keevitamine on mõlema puhul võrdselt praktiline, hoiatusega, et ELI materjali saastunud keevisõmblus raiskab kogu vastupidavuse eelise.
Spetsifikatsioonid ja tootevormid
Sepistatud vardad ja sepismaterjalid TC4-s on tellitud vastavalt titaanisulamist varda spetsifikatsioonile, Hiina varraste tooted on kaetud standardiga GB/T 2965 ja rahvusvahelise ekvivalendiga ASTM B348 ja AMS 4928. Leht, riba ja plaat järgivad Hiina süsteemis GB/T 3621 ja ASTM B265 rahvusvaheliselt, kusjuures AMS-i ja kosmoseklassina kasutatakse eraldi torusid A1 ja Tube9. torukujulised spetsifikatsioonid. TC4ELI puhul reguleerivad meditsiini- ja implantaadirakendusi ASTM F136 sepistatud Ti-6Al-4V ELI jaoks ja ISO 5832-3 ning kosmosesõiduki ELI klass on välja antud kui AMS 4930. Pange tähele, et ASTM F1472 hõlmab tavalist interstitsiaalset sulamit kirurgiliste implantaatide jaoks, nii et ASTM F1 LI6 versioonid ei hõlma kahte ASTM F1 versiooni3. ostutellimus.
Kuidas täpsustada ilma kahemõttelisuseta
Ostutellimusel tuleb märkida sulami nimetus, toote vorm, kohaldatav spetsifikatsioon ja vaheklass. Ti-6Al-4V kirjutamine ilma, et oleks märgitud, kas ELI piirangud kehtivad, jätab veski vabaks toiteallikaks ja tulemuseks olev materjal võib läbida tõmbekatse, mis ei vasta konstruktsioonis eeldatud sitkusnõuetele. Sertifikaadil peab ostja kontrollima hapniku, raua, vesiniku ja kuumtöötluse seisukorda. Kui on märgitud nii Hiina kui ka rahvusvaheline spetsifikatsioon, on hapniku piirmäär see valdkond, kus kaks dokumenti kõige sagedamini ei ühti, ja järjestust peaks reguleerima rangem neist.
Korduma kippuvad küsimused
Q:Kas TC4 ja klass 5 on täiesti identsed?
V: Praktilistel eesmärkidel on need koostiselt samaväärsed, mõlemad on Ti-6Al-4V, mille hapnikusisaldus on 0,20 protsenti. Trampelementide lubatud vahemikes ja iga spetsifikatsiooni nõutavas testimiskavas on väikesed erinevused, seega tuleks samaväärsust kinnitada väljade kaupa, mitte eeldada.
Q:Kas olemasolevas konstruktsioonis saab TC4-d asendada TC4ELI-ga?
V: Tavaliselt on see madala hapnikusisalduse suunas ohutu, kuna tugevus jääb enamikul juhtudel üle projekteeritud miinimumi ja tugevus paraneb. Vastupidine asendamine on ohtlik, sest konstruktsioon, mis eeldas ELI sitkust, võib tavapärase interstitsiaalse materjali tarnimisel ebaõnnestuda.
Q:Miks sulami implantaadi versioon pingutab nii alumiiniumi kui ka hapnikku?
V: Implantaadi spetsifikatsioonid piiravad alumiiniumi maksimaalselt 6,5 protsendini ja hoiavad vanaadiumi standardvahemikus, et säilitada ühtlane biosobivus ja mehaaniline reaktsioon. ASTM F136 rakendab neid rangemaid piiranguid implantaadi sulamile.
Q:Kas TC4ELI töötab erinevalt TC4-st?
V: Lõikamiskäitumine on üldjoontes sarnane, kuna kõvadus ja soojusjuhtivus on lähedased, kuid väiksem interstitsiaalne sisaldus tähendab tööriista servade lihvimist ja pisut paremat pinna terviklikkust samade parameetrite juures. Saastunud või ülekuumenenud pinnakihi jätmisel kaob igasugune eelis.
Q:Millist sulamit tuleks valida krüogeense surveanuma jaoks?
V: ELI materjali eelistatakse üldiselt väga madalatel temperatuuridel, kuna sitkus on juhtiv omadus ja interstitsiaalne sisu juhib seda otseselt. Tavaline interstitsiaalne sulam on vastuvõetav, kui pingetase on madal ja projekteeritud temperatuur on tunduvalt kõrgem sektsiooni elastsuse -–-hapra vahemiku kohta.
Q:Kas voolavuspiiri erinevus on projekteerimisel oluline?
V: Minimaalne 0,2-protsendiline nihke tootlus langeb ELI-klassile üleminekul 828 MPa-lt 795 MPa-le, mis on umbes 4 protsenti. Projekteerimisluba on seatud miinimumist, nii et vähenemist tuleb stressianalüüsis kajastada, mitte käsitleda tühisena.
