Ti-6Al-4V (обозначение UNS R56400 ), также иногда называемый TC4, Ti64,[1] или ASTM Grade 5, представляет собой альфа-бета титановый сплав с высоким отношением прочности к массе и превосходной коррозионной стойкостью. Это один из наиболее часто используемых титановых сплавов, который применяется там, где необходимы малая плотность и высокая коррозионная стойкость, например, в аэрокосмической промышленности и биомеханических применениях (имплантаты и протезы).
Титановые сплавы широко применяются в качестве биоматериалов из-за их хорошей биосовместимости и повышенной коррозионной стойкости по сравнению с более традиционными нержавеющими сталями и сплавами на основе кобальта[4]. Благодаря этим свойствам в медицину активно внедрялись сплавы a (cpTi) и a#b (Ti-6Al-4V), а также новые композиции на основе титана и ортопедических метастабильных b-титановых сплавов. Последние обладают повышенной биосовместимостью, пониженным модулем упругости и превосходной устойчивостью к усталостным нагрузкам[5]. Однако низкая прочность на сдвиг и износостойкость титановых сплавов, тем не менее, ограничивают их биомедицинское использование.
Титановый сплав Ti-6Al-4V обычно существует в виде альфа-фазы с кристаллической структурой плотно упакованных равных сфер (SG : P63 / mmc) и бета-фазы с кубической кристаллической структурой (SG : Im-3m). Хотя механические свойства зависят от условий термообработки сплава и могут изменяться в широких интервалах, типичные диапазоны свойств для хорошо обработанного Ti-6Al-4V показаны ниже[6][7][8]. Алюминий стабилизирует альфа-фазу, а ванадий — бета-фазу[9].
Плотность, г / см 3
Модуль Юнга, ГПа
Модуль сдвига, ГПа
Объемный модуль упругости, ГПа
Коэффициент Пуассона
Предел текучести, МПа (при растяжении)
Предел прочности, МПа (при растяжении)
Твердость по Роквеллу C
Равномерное удлинение, %
Мин.
4,429
104
40
96,8
0,31
880
900
36 (типичный)
5
Максимум
4,512
113
45
153
0,37
920
950
-
18
Ti-6Al-4V имеет очень низкую теплопроводность при комнатной температуре, 6,7–7,5 Вт/м·К,[10][11] что обуславливает его относительно плохую обрабатываемость.
Ti-6Al-4V подвергается термообработке для изменения количества и микроструктуры и фазы в сплаве. Микроструктура будет значительно различаться в зависимости от точной термической обработки и метода обработки. Три распространенных процесса термообработки - это прокатный отжиг, дуплексный отжиг и обработка на твердый раствор и старение[13].