โลหะผสมไทเทเนียม TC4 ซึ่งเป็นโลหะผสมไทเทเนียมประเภทหนึ่งได้รับการพัฒนาอย่างประสบความสำเร็จโดยสหรัฐอเมริกาในปี 1954 ประกอบด้วยองค์ประกอบที่มีความเสถียร 6% และองค์ประกอบที่มีความเสถียร V 4% องค์ประกอบที่กำหนดของโลหะผสมไทเทเนียม TC4 เทียบเท่ากับ 70 อลูมิเนียมซึ่งมีโมลิบดีนัมเทียบเท่า 2.9 ในสถานะอบอ่อน โลหะผสมจะมีเฟสเบต้า 10%-15% การเติมอะลูมิเนียมจะช่วยเพิ่มความแข็งแรงที่อุณหภูมิห้องและคุณสมบัติความแข็งแรงทางความร้อนของโลหะผสมโดยการเสริมกำลังเฟสผ่านสารละลายของแข็งในระบบ Ti-Al-V ในทางกลับกัน V ทำหน้าที่เป็นหนึ่งในองค์ประกอบโลหะผสมไม่กี่ชนิดที่ปรับปรุงทั้งความแข็งแรงและความเป็นพลาสติกในโลหะผสมไทเทเนียม ซึ่งแตกต่างจากธาตุโลหะผสมส่วนใหญ่ V มีผลดีต่อความเป็นพลาสติกของโลหะผสมไทเทเนียม เนื่องจากจะลดอัตราส่วน c/a-axis ของโครงตาข่ายสถานะ ส่งเสริมการก่อตัวของเฟส และป้องกันการเปราะของโลหะผสมในระยะยาวระหว่างการใช้งาน
โลหะผสมไทเทเนียม TC4 โดดเด่นด้วยประสิทธิภาพโดยรวมที่โดดเด่นและคุณลักษณะกระบวนการที่น่าพอใจ โลหะผสมนี้มีความแข็งแรงปานกลางที่อุณหภูมิห้องและมีความแข็งแรงสูงที่อุณหภูมิสูง มันแสดงให้เห็นถึงความต้านทานที่น่าชื่นชมต่อการคืบคลานและเสถียรภาพทางความร้อน พร้อมด้วยความต้านทานความล้าสูงและความต้านทานการแพร่กระจายของรอยแตกร้าวในน้ำทะเล นอกจากนี้ยังมีความเหนียวแตกหักที่น่าพอใจและความต้านทานการกัดกร่อนจากความเค้นเกลือจากความร้อน โลหะผสมไทเทเนียม TC4 ยังแสดงความไวต่อไฮโดรเจนที่ลดลงเมื่อเทียบกับโลหะผสม TC2 และ TC1 ด้วยเหตุนี้ จึงพบความเหมาะสมในการผลิตส่วนประกอบต่างๆ ที่ทำงานภายในช่วงอุณหภูมิกว้างตั้งแต่ -196 ถึง 450 องศา โดยเฉพาะชิ้นส่วนที่ออกแบบโดยคำนึงถึงหลักขีดจำกัดความทนทานต่อความเสียหาย
นอกจากนี้ โลหะผสมไทเทเนียม TC4 ยังแสดงความเหนียวและพลาสติกยิ่งยวดที่ยอดเยี่ยม ทำให้เหมาะสำหรับการขึ้นรูปโดยใช้วิธีการประมวลผลด้วยแรงดันต่างๆ นอกจากนี้ยังใช้งานได้ดีกับการเชื่อมและการตัดเฉือน โดยนำเสนอเทคนิคการแปรรูปที่หลากหลาย
โลหะผสมไทเทเนียม TC4 มีจำหน่ายในรูปแบบกึ่งสำเร็จรูปต่างๆ รวมถึงแท่ง การตีขึ้นรูป แผ่น แผ่นหนา โปรไฟล์ และสายไฟ นอกจากนี้ยังพบการใช้งานในการหล่อ (เรียกว่า ZTC4)
โลหะผสมไทเทเนียม TC4ELI
TC4ELI เป็นโลหะผสมไทเทเนียม TC4 เวอร์ชันปรับปรุง โดยโดดเด่นด้วยการเปลี่ยนแปลงปริมาณอะลูมิเนียมและระดับขององค์ประกอบคั่นระหว่างหน้า เช่น เหล็ก (Fe) ไนโตรเจน (N) ไฮโดรเจน (H) และออกซิเจน (O)
โลหะผสมไทเทเนียม TC4ELI ได้รับการโดดเด่นในฐานะวัสดุที่ต้องการสำหรับการปลูกถ่ายศัลยกรรมทางการแพทย์ เนื่องจากมีความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ยอดเยี่ยม โมดูลัสยืดหยุ่นต่ำ ลักษณะน้ำหนักเบา ความต้านทานการกัดกร่อน ปลอดสารพิษ ความแข็งแรงที่ให้ผลผลิตสูง อายุความล้าที่ยาวนานขึ้น ความเป็นพลาสติกที่อุณหภูมิห้องได้มาก และความสะดวกในการติดตั้ง ความสามารถในการขึ้นรูป ในวงการแพทย์ แผ่นโลหะผสมไทเทเนียม TC4ELI ถูกนำมาใช้เป็นส่วนใหญ่สำหรับการใช้งาน เช่น การซ่อมแซมกะโหลกศีรษะและการตรึงกระดูก ซึ่งมีข้อกำหนดที่เข้มงวดในด้านความแข็งแรง อายุความเมื่อยล้า และความเป็นพลาสติก
โลหะผสมไทเทเนียม ซึ่งประกอบด้วยไทเทเนียมเป็นองค์ประกอบพื้นฐานพร้อมกับองค์ประกอบโลหะผสมอื่นๆ มีโครงสร้างผลึกไอโซมอร์ฟิกสองโครงสร้าง ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 882 องศา ไทเทเนียมจะใช้โครงสร้างโครงตาข่ายหกเหลี่ยมที่อัดแน่นเรียกว่า -ไทเทเนียม ในขณะที่จะเปลี่ยนเป็นโครงสร้างโครงตาข่ายลูกบาศก์ที่มีศูนย์กลางที่ลำตัว เรียกว่าเบต้าไทเทเนียมที่สูงกว่า 882 องศา ด้วยการผสมผสานองค์ประกอบโลหะผสมที่เหมาะสมอย่างระมัดระวังเพื่อปรับเปลี่ยนอุณหภูมิการเปลี่ยนเฟสและองค์ประกอบของส่วนประกอบ จึงสามารถได้โลหะผสมไทเทเนียมที่มีโครงสร้างที่แตกต่างกัน โดยใช้ประโยชน์จากคุณลักษณะเฉพาะของโครงสร้างทั้งสองนี้
โลหะผสมไททาเนียม TC4ELI สร้างขึ้นจากรากฐานของโลหะผสม TC4 ช่วยลดการมีอยู่ขององค์ประกอบคั่นระหว่างหน้า เช่น คาร์บอน (C) ออกซิเจน (O) และไนโตรเจน (N) รวมถึงธาตุเหล็กที่ไม่บริสุทธิ์ (Fe) ส่งผลให้การลดลง ความแข็งแกร่ง. อย่างไรก็ตาม การปรับเปลี่ยนนี้ช่วยเพิ่มขีดความสามารถและความเหนียวของโลหะผสมได้อย่างมาก TC4ELI มีความเป็นพลาสติก ความเหนียว ประสิทธิภาพการเชื่อม และอุณหภูมิต่ำที่ยอดเยี่ยม ทำให้สามารถนำไปใช้งานอย่างกว้างขวางในด้านสำคัญต่างๆ เช่น วิศวกรรมที่มีอุณหภูมิต่ำ การรักษาพยาบาล เรือ และเครื่องบิน
แม้ว่าโลหะผสม TC4 จะเหมาะสำหรับใช้ในสภาพแวดล้อมธรรมดาหรือสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง แต่โลหะผสม TC4ELI ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำเป็นพิเศษ
เกรดที่เทียบเคียงได้กับโลหะผสมไทเทเนียม TC4 และโลหะผสมไทเทเนียม TC4ELI ได้แก่ T-6A-4V/เกรด 5 (เกรดอเมริกัน), BT 6 (เกรดรัสเซีย), IMI 318 (เกรดอังกฤษ) และ TiAI6V4 (เยอรมัน ระดับ).
ในขอบเขตของการผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์ ไทเทเนียมและโลหะผสมไทเทเนียมพบว่ามีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการจัดการกับความเสียหายของกระดูกและข้อที่เกิดจากการบาดเจ็บและเนื้องอก ข้อต่อเทียม แผ่นกระดูก และสกรูมักทำจากโลหะผสมไทเทเนียมและไทเทเนียม ซึ่งได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางในทางปฏิบัติทางคลินิก วัสดุเหล่านี้ใช้ในข้อต่อสะโพก (รวมถึงหัวกระดูกต้นขา), ข้อเข่า, ข้อต่อข้อศอก, ข้อต่อ metacarpophalangeal, ข้อต่อระหว่างลิ้น, ขากรรไกรล่าง, ร่างกายกระดูกสันหลังเทียม (กระดูกสันหลังเทียม), เรือนเครื่องกระตุ้นหัวใจ, หัวใจเทียม (ลิ้นหัวใจ), ทันตกรรมรากเทียม, ไทเทเนียม -ทันตกรรมจัดฟันนิกเกิล และตาข่ายไทเทเนียมสำหรับการผ่าตัดเปิดกะโหลกศีรษะ ความแข็งแรงจำเพาะสูง ความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดีเยี่ยม และความต้านทานต่อการกัดกร่อนของของเหลวในร่างกาย ทำให้โลหะผสมไทเทเนียมและไทเทเนียมเป็นที่ต้องการมากขึ้น
Ti 6Al-4V ELI เป็นโลหะผสม Ti 6Al-4V ที่แตกต่างออกไปซึ่งมีช่องว่างทางโครงสร้างที่แคบกว่า ทำให้ได้รับความเหนียวสูงสุด เกรดนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในน้ำทะเลและสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำ โดยทั่วไปแล้ว Ti 6Al-4V ELI จะถูกใช้ในสถานะอบอ่อน และเป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับการปลูกถ่ายทางการแพทย์
กระบวนการผลิตเกี่ยวข้องกับการหลอมแบบผ่อนคลาย โดยที่โลหะผสมจะถูกระบายความร้อนด้วยอากาศที่อุณหภูมิ 900 ถึง 1,200 องศาฟาเรนไฮต์เป็นเวลา 1 ถึง 4 ชั่วโมง สำหรับเหล็กเส้นกลมและการตีขึ้นรูป จะใช้กระบวนการอบอ่อนสองครั้ง ขั้นแรก การหลอมสารละลายจะดำเนินการที่อุณหภูมิ 50 ถึง 100 องศาฟาเรนไฮต์เหนือจุดเปลี่ยนเบตา วัสดุจะถูกเก็บไว้ที่อุณหภูมินี้เป็นเวลาอย่างน้อย 1 ชั่วโมงก่อนที่จะระบายความร้อนด้วยอากาศ ต่อจากนั้น โลหะผสมจะถูกทำให้ร้อนอีกครั้งที่ 1300-1400 องศาฟาเรนไฮต์เป็นเวลาอย่างน้อย 1 ชั่วโมง จากนั้นจึงระบายความร้อนด้วยอากาศ แนะนำให้ทำการอบอ่อนแบบผ่อนคลายหลังการเชื่อม
