סגסוגת טיטניום TC4, סגסוגת טיטניום מסוג, פותחה בהצלחה על ידי ארצות הברית בשנת 1954. היא כוללת 6% יסוד יציב ו-4% יסוד V יציב. ההרכב הנומינלי של סגסוגת טיטניום TC4 שווה ערך ל-7.0 אלומיניום, עם שווה ערך מוליבדן של 2.9. במצב החישול שלה, הסגסוגת מכילה 10%-15% שלב בטא. תוספת האלומיניום משפרת את החוזק בטמפרטורת החדר ואת תכונות החוזק התרמי של הסגסוגת על ידי חיזוק הפאזה באמצעות תמיסה מוצקה במערכת Ti-Al-V. מצד שני, V משמש כאחד ממרכיבי הסגסוג הבודדים המשפרים הן את החוזק והן את הפלסטיות בסגסוגות טיטניום. בניגוד לרוב אלמנטי הסגסוגת, ל-V יש השפעה מועילה על הפלסטיות של סגסוגות טיטניום שכן הוא מפחית את יחס ציר c/a של הסריג-מצב, מקדם את היווצרות ה-phase ומונע התפרקות סגסוגת לטווח ארוך במהלך השימוש.
סגסוגת טיטניום TC4 בולטת בביצועים הכוללים יוצאי הדופן ובמאפייני התהליך החיוביים שלה. סגסוגת זו מציגה חוזק בינוני בטמפרטורת החדר וחוזק גבוה בטמפרטורות גבוהות. הוא מפגין עמידות ראויה להערצה לזחילה ויציבות תרמית, יחד עם עמידות גבוהה לעייפות ועמידות בפני התפשטות סדקים במי ים. יתר על כן, הוא מתגאה בקשיחות משביעת רצון של שברים ועמידות בפני קורוזיה במתח מלח תרמי. סגסוגת טיטניום TC4 מציגה גם רגישות מופחתת למימן בהשוואה לסגסוגות TC2 ו-TC1. כתוצאה מכך, הוא מוצא התאמה בייצור רכיבים שונים הפועלים בטווח טמפרטורות רחב של -196 עד 450 מעלות , במיוחד חלקים שתוכננו מתוך מחשבה על עקרון הגבלת סבילות הנזק.
יתרה מזאת, סגסוגת טיטניום TC4 מציגה גמישות וסופרפלסטיות מצוינות, מה שהופך אותה למתאימה לעיצוב בשיטות שונות של עיבוד לחץ. זה גם מתאים לפעולות ריתוך ועיבוד שבבי, ומציע צדדיות בטכניקות ייצור.
סגסוגת טיטניום TC4 זמינה בצורות חצי מוגמרות שונות, כולל סורגים, פרזול, יריעות, צלחות עבות, פרופילים וחוטים. בנוסף, הוא מוצא יישום ביציקות (המכונה ZTC4).
סגסוגת טיטניום TC4ELI
TC4ELI היא גרסה משופרת של סגסוגת טיטניום TC4, המובחנת בתכולת האלומיניום המשתנה שלה ורמות מופחתות של יסודות ביניים כגון ברזל (Fe), חנקן (N), מימן (H) וחמצן (O).
סגסוגת טיטניום TC4ELI זכתה בולטות כחומר מועדף לשתלים כירורגיים רפואיים בשל התאימות הביולוגית יוצאת הדופן, מודול האלסטי הנמוך, אופיו קל משקל, עמידות בפני קורוזיה, חוסר רעילות, חוזק תפוקה גבוה, חיי עייפות ארוכים, פלסטיות ניכרת בטמפרטורת החדר וקלות יכולת צורה. בתחום הרפואי, יריעות סגסוגת טיטניום TC4ELI משמשות בעיקר ליישומים כמו תיקון גולגולת וקיבוע עצם, שבהם קיימות דרישות מחמירות לחוזק, חיי עייפות וגמישות.
סגסוגת טיטניום, הכוללת טיטניום כיסוד הבסיס יחד עם יסודות סגסוגת אחרים, מציגה שני מבני גביש איזומורפיים. מתחת ל-882 מעלות, טיטניום מאמץ מבנה סריג משושה צפוף המכונה -טיטניום, בעוד שהוא הופך למבנה סריג מעוקב במרכז הגוף הנקרא בטא-טיטניום מעל 882 מעלות. על ידי שילוב קפדני של יסודות סגסוגת מתאימים לשינוי טמפרטורת מעבר הפאזות והרכב הרכיבים, ניתן להשיג סגסוגות טיטניום עם מבנים שונים, תוך ניצול המאפיינים הייחודיים של שני מבנים אלה.
בהתבסס על הבסיס של סגסוגת TC4, סגסוגת טיטניום TC4ELI מפחיתה את נוכחותם של יסודות ביניים כגון פחמן (C), חמצן (O) וחנקן (N), כמו גם ברזל טהור (Fe), וכתוצאה מכך הפחתה ב כוח. עם זאת, התאמה זו משפרת משמעותית את הקיבולת והקשיחות של הסגסוגת. TC4ELI מציג פלסטיות מצוינת, קשיחות, ביצועי ריתוך וביצועים בטמפרטורות נמוכות, מה שהופך אותו ליישום נרחב בתחומים חיוניים כגון הנדסה בטמפרטורה נמוכה, טיפולים רפואיים, ספינות וכלי טיס.
בעוד שסגסוגת TC4 מתאימה לשימוש בסביבות רגילות או בטמפרטורה גבוהה, סגסוגת TC4ELI תוכננה במיוחד עבור סביבות בטמפרטורה נמוכה במיוחד.
ציונים דומים לסגסוגת טיטניום TC4 וסגסוגת טיטניום TC4ELI כוללים T-6A-4V/כיתה 5 (כיתה אמריקאית), BT 6 (כיתה רוסית), IMI 318 (כיתה בריטית) ו-TiAI6V4 (גרמנית כיתה).
בתחום ייצור הציוד הרפואי, סגסוגות טיטניום וטיטניום מוצאות שימוש נרחב בטיפול בנזקי עצמות ומפרקים שנגרמו כתוצאה מטראומה וגידולים. מפרקים מלאכותיים, לוחות עצם וברגים עשויים בדרך כלל מטיטניום וסגסוגות טיטניום, שזכו להכרה רחבה בפרקטיקה הקלינית. חומרים אלה משמשים במפרקי ירך (כולל ראשי עצם הירך), מפרקי ברכיים, מפרקי מרפק, מפרקים מטה-קרפופלנגאליים, מפרקים אינטרפלנגאליים, לסת התחתונה, גופי חוליות מלאכותיים (אורתוזים בעמוד השדרה), בתי קוצב לב, לב מלאכותי (מסתמי לב), שתלי שיניים מלאכותיים טיטניום, יישור שיניים ניקל, ורשת טיטניום לניתוח גולגולת. החוזק הספציפי הגבוה, התאימות הביולוגית המצוינת והעמידות בפני קורוזיה על ידי נוזלי גוף הופכים את החומרים לטיטניום וסגסוגות טיטניום למבוקשים יותר ויותר.
Ti 6Al-4V ELI היא גרסה של סגסוגת Ti 6Al-4V הכוללת מרווח מבני צר יותר, המאפשר לה להשיג קשיחות מרבית. כיתה זו מתאימה במיוחד ליישומים במי ים ובסביבות בטמפרטורה נמוכה. בדרך כלל, Ti 6Al-4V ELI מנוצל במצב חישול ומהווה בחירה מצוינת עבור שתלים רפואיים.
תהליך הייצור כולל חישול הרפיה, כאשר הסגסוגת מקוררת באוויר בטמפרטורות הנעות בין 900 ל-1200 מעלות פרנהייט למשך 1 עד 4 שעות. עבור סורגים עגולים וחישול, מתבצע תהליך חישול כפול. בתחילה, חישול התמיסה מתבצע בטמפרטורה של 50 עד 100 מעלות פרנהייט מעל נקודת המעבר בטא. החומר נשמר בטמפרטורה זו למשך שעה לפחות לפני קירור האוויר. לאחר מכן, הסגסוגת מחוממת ל-1300-1400 מעלות פרנהייט למשך שעה אחת לפחות ולאחר מכן מקוררת באוויר. חישול הרפיה מומלץ לאחר פעולות ריתוך.
