تم تطوير سبيكة التيتانيوم TC4، وهي سبيكة تيتانيوم من النوع، بنجاح بواسطة الولايات المتحدة في عام 1954. وتتكون من 6% عنصر ثابت و4% عنصر ثابت V. التركيب الاسمي لسبائك التيتانيوم TC4 يعادل 7.0 الألومنيوم، مع ما يعادل الموليبدينوم 2.9. في حالتها الصلبة، تحتوي السبيكة على 10%-15% مرحلة بيتا. تعمل إضافة الألومنيوم على تعزيز القوة عند درجة حرارة الغرفة وخصائص القوة الحرارية للسبيكة من خلال تقوية الطور من خلال المحلول الصلب في نظام Ti-Al-V. من ناحية أخرى، يعد V بمثابة أحد عناصر صناعة السبائك القليلة التي تعمل على تحسين القوة واللدونة في سبائك التيتانيوم. على عكس معظم عناصر صناعة السبائك، فإن V له تأثير مفيد على مرونة سبائك التيتانيوم لأنه يقلل من نسبة المحور c/a لشبكة الحالة، مما يعزز تكوين الطور ويمنع تقصف السبائك على المدى الطويل أثناء الاستخدام.
تتميز سبائك التيتانيوم TC4 بأدائها العام الاستثنائي وخصائص العملية المفضلة. تظهر هذه السبيكة قوة معتدلة في درجة حرارة الغرفة وقوة عالية في درجات حرارة مرتفعة. إنه يُظهر مقاومة رائعة للزحف والثبات الحراري، إلى جانب مقاومة التعب العالية ومقاومة انتشار الشقوق في مياه البحر. علاوة على ذلك، فهي تتميز بمتانة الكسر المرضية ومقاومة التآكل بإجهاد الملح الحراري. تُظهر سبائك التيتانيوم TC4 أيضًا حساسية منخفضة للهيدروجين مقارنة بسبائك TC2 وTC1. وبالتالي، فإنها تجد ملاءمة في تصنيع المكونات المختلفة التي تعمل ضمن نطاق واسع من درجات الحرارة من -196 إلى 450 درجة، وخاصة الأجزاء المصممة مع وضع مبدأ حد تحمل الضرر في الاعتبار.
علاوة على ذلك، تعرض سبائك التيتانيوم TC4 ليونة ممتازة ولدونة فائقة، مما يجعلها مناسبة للتشكيل باستخدام طرق معالجة الضغط المختلفة. كما أنه يفسح المجال بشكل جيد لعمليات اللحام والتصنيع الآلي، مما يوفر تنوعًا في تقنيات التصنيع.
سبائك التيتانيوم TC4 متوفرة في أشكال مختلفة شبه جاهزة، بما في ذلك القضبان، المطروقات، الصفائح، الصفائح السميكة، المقاطع الجانبية، والأسلاك. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يجد التطبيق في المسبوكات (يشار إليها باسم ZTC4).
سبائك التيتانيوم TC4ELI
TC4ELI هو نسخة محسنة من سبائك التيتانيوم TC4، وتتميز بمحتوى الألمنيوم المتغير ومستويات منخفضة من العناصر الخلالية مثل الحديد (Fe)، والنيتروجين (N)، والهيدروجين (H)، والأكسجين (O).
اكتسبت سبائك التيتانيوم TC4ELI مكانة بارزة باعتبارها المادة المفضلة للزراعات الجراحية الطبية نظرًا لتوافقها الحيوي الاستثنائي، ومعامل المرونة المنخفض، وطبيعتها خفيفة الوزن، ومقاومة التآكل، وعدم السمية، وقوة الخضوع العالية، وعمر التعب الممتد، واللدونة الكبيرة في درجة حرارة الغرفة، وسهولة القابلية للتشكيل. في المجال الطبي، يتم استخدام صفائح سبائك التيتانيوم TC4ELI في الغالب لتطبيقات مثل إصلاح الجمجمة وتثبيت العظام، حيث توجد متطلبات صارمة للقوة، وعمر التعب، واللدونة.
تُظهر سبيكة التيتانيوم، التي تشتمل على التيتانيوم كعنصر أساسي إلى جانب عناصر صناعة السبائك الأخرى، هيكلين بلوريين متماثلين. أقل من 882 درجة، يعتمد التيتانيوم هيكلًا شبكيًا سداسيًا متماسكًا يُعرف باسم -التيتانيوم، بينما يتحول إلى هيكل شبكي مكعب مركزي الجسم يسمى بيتا تيتانيوم فوق 882 درجة. من خلال دمج عناصر السبائك المناسبة بعناية لتعديل درجة حرارة المرحلة الانتقالية وتكوين المكونات، يمكن الحصول على سبائك التيتانيوم بهياكل مختلفة، مع الاستفادة من الخصائص المميزة لهذين الهيكلين.
بناءً على أساس سبيكة TC4، تعمل سبيكة التيتانيوم TC4ELI على تقليل وجود العناصر الخلالية مثل الكربون (C)، والأكسجين (O)، والنيتروجين (N)، بالإضافة إلى عنصر الحديد الشوائب (Fe)، مما يؤدي إلى انخفاض في قوة. ومع ذلك، فإن هذا التعديل يعزز بشكل كبير قدرة ومتانة السبيكة. يُظهر TC4ELI مرونة وصلابة وأداء لحام ممتاز وأداء في درجات الحرارة المنخفضة، مما يجعله قابلاً للتطبيق على نطاق واسع في المجالات الحيوية مثل هندسة درجات الحرارة المنخفضة والعلاجات الطبية والسفن والطائرات.
في حين أن سبيكة TC4 مناسبة للاستخدام في البيئات العادية أو ذات درجات الحرارة العالية، فإن سبيكة TC4ELI مصممة خصيصًا للبيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة للغاية.
تشمل الدرجات المماثلة لسبائك التيتانيوم TC4 وسبائك التيتانيوم TC4ELI T-6A-4V/Grade 5 (الصف الأمريكي)، وBT 6 (الصف الروسي)، وIMI 318 (الصف البريطاني)، وTiAI6V4 (الألمانية). درجة).
في مجال تصنيع المعدات الطبية، يجد التيتانيوم وسبائك التيتانيوم استخدامًا واسع النطاق في معالجة تلف العظام والمفاصل الناجم عن الصدمات والأورام. عادة ما يتم تصنيع المفاصل الاصطناعية، وألواح العظام، والمسامير من التيتانيوم وسبائك التيتانيوم، والتي اكتسبت قبولا واسعا في الممارسة السريرية. تُستخدم هذه المواد في مفاصل الورك (بما في ذلك رؤوس الفخذ)، ومفاصل الركبة، ومفاصل الكوع، والمفاصل السنعية السلامية، والمفاصل بين السلاميات، والفك السفلي، والأجسام الفقرية الاصطناعية (أجهزة تقويم العمود الفقري)، وأغطية منظم ضربات القلب، والقلوب الاصطناعية (صمامات القلب)، وزراعة الأسنان الاصطناعية، والتيتانيوم. - تقويم الأسنان بالنيكل، وشبكة التيتانيوم لرأب القحف. إن القوة المحددة العالية والتوافق الحيوي الممتاز ومقاومة التآكل بواسطة سوائل الجسم تجعل من التيتانيوم وسبائك التيتانيوم مواد مطلوبة بشكل متزايد.
Ti 6Al-4V ELI هو أحد أشكال سبائك Ti 6Al-4V التي تتميز بفجوة هيكلية أضيق، مما يمكنها من تحقيق أقصى قدر من المتانة. هذا الصف مناسب بشكل خاص للتطبيقات في مياه البحر والبيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة. عادةً، يتم استخدام Ti 6Al-4V ELI في الحالة الملدنة ويعتبر خيارًا ممتازًا للغرسات الطبية.
تتضمن عملية الإنتاج التلدين بالاسترخاء، حيث يتم تبريد السبيكة بالهواء عند درجات حرارة تتراوح من 900 إلى 1200 درجة فهرنهايت لمدة تتراوح من 1 إلى 4 ساعات. بالنسبة للقضبان المستديرة والمطروقات، يتم استخدام عملية التلدين المزدوجة. في البداية، يتم إجراء التلدين بالمحلول عند درجة حرارة تتراوح من 50 إلى 100 درجة فهرنهايت فوق نقطة التحول بيتا. يتم الاحتفاظ بالمادة عند درجة الحرارة هذه لمدة لا تقل عن ساعة واحدة قبل تبريدها بالهواء. بعد ذلك، يتم إعادة تسخين السبيكة إلى 1300-1400 درجة فهرنهايت لمدة ساعة واحدة على الأقل ثم تبريدها بالهواء. يوصى بالتليين بالاسترخاء بعد عمليات اللحام.
