L'alliage de titane TC4, un alliage de titane de type -, a été développé avec succès par les États-Unis en 1954. Il comprend 6 % d'élément stable et 4 % d'élément stable V. La composition nominale de l'alliage de titane TC4 est équivalente à 7.0 aluminium, avec un équivalent molybdène de 2,9. Dans son état recuit, l'alliage contient 10 % -15 % de phase bêta. L'ajout d'aluminium améliore la résistance à température ambiante et les propriétés de résistance thermique de l'alliage en renforçant la phase grâce à une solution solide dans le système Ti-Al-V. D'autre part, V est l'un des rares éléments d'alliage qui améliore à la fois la résistance et la plasticité des alliages de titane. Contrairement à la plupart des éléments d'alliage, V a un effet bénéfique sur la plasticité des alliages de titane car il réduit le rapport de l'axe c/a du réseau à l'état -, favorisant la formation de phase - et empêchant la fragilisation à long terme de l'alliage pendant son utilisation.
L'alliage de titane TC4 se distingue par ses performances globales exceptionnelles et ses caractéristiques de processus favorables. Cet alliage présente une résistance modérée à température ambiante et une résistance élevée à températures élevées. Il démontre une résistance admirable au fluage et une stabilité thermique, ainsi qu’une résistance élevée à la fatigue et à la propagation des fissures dans l’eau de mer. De plus, il présente une ténacité à la rupture et une résistance à la corrosion sous contrainte thermique saline satisfaisantes. L'alliage de titane TC4 présente également une sensibilité réduite à l'hydrogène par rapport aux alliages TC2 et TC1. Par conséquent, il convient à la fabrication de divers composants fonctionnant dans une large plage de températures allant de -196 à 450 degrés, en particulier des pièces conçues en tenant compte du principe de limite de tolérance aux dommages.
De plus, l'alliage de titane TC4 présente une excellente ductilité et superplasticité, ce qui le rend adapté au façonnage à l'aide de diverses méthodes de traitement sous pression. Il se prête également bien aux opérations de soudage et d’usinage, offrant une polyvalence dans les techniques de fabrication.
L'alliage de titane TC4 est disponible sous différentes formes semi-finies, notamment des barres, des pièces forgées, des tôles, des plaques épaisses, des profilés et des fils. De plus, il trouve une application dans les pièces moulées (appelées ZTC4).
Alliage de titane TC4ELI
TC4ELI est une version améliorée de l'alliage de titane TC4, qui se distingue par sa teneur en aluminium modifiée et ses niveaux réduits d'éléments interstitiels tels que le fer (Fe), l'azote (N), l'hydrogène (H) et l'oxygène (O).
L'alliage de titane TC4ELI a gagné en importance en tant que matériau préféré pour les implants chirurgicaux médicaux en raison de sa biocompatibilité exceptionnelle, de son faible module d'élasticité, de sa légèreté, de sa résistance à la corrosion, de sa non-toxicité, de sa limite d'élasticité élevée, de sa durée de vie prolongée en fatigue, de sa plasticité considérable à température ambiante et de sa facilité de mise en œuvre. formabilité. Dans le domaine médical, les tôles en alliage de titane TC4ELI sont principalement utilisées pour des applications telles que la réparation du crâne et la fixation osseuse, où des exigences strictes existent en matière de résistance, de résistance à la fatigue et de plasticité.
L'alliage de titane, comprenant le titane comme élément de base ainsi que d'autres éléments d'alliage, présente deux structures cristallines isomorphes. En dessous de 882 degrés, le titane adopte une structure de réseau hexagonale compacte connue sous le nom de titane, tandis qu'il se transforme en une structure de réseau cubique centrée sur le corps appelée bêta-titane au-dessus de 882 degrés. En incorporant soigneusement des éléments d'alliage appropriés pour modifier la température de transition de phase et la composition des composants, des alliages de titane avec différentes structures peuvent être obtenus, capitalisant sur les caractéristiques distinctives de ces deux structures.
S'appuyant sur la base de l'alliage TC4, l'alliage de titane TC4ELI réduit la présence d'éléments interstitiels tels que le carbone (C), l'oxygène (O) et l'azote (N), ainsi que l'élément d'impureté fer (Fe), entraînant une réduction de force. Cependant, cet ajustement améliore considérablement la capacité et la ténacité de l’alliage. TC4ELI présente d'excellentes performances de plasticité, de ténacité, de soudage et à basse température, ce qui le rend largement applicable dans des domaines cruciaux tels que l'ingénierie à basse température, les traitements médicaux, les navires et les avions.
Alors que l'alliage TC4 convient à une utilisation dans des environnements ordinaires ou à haute température, l'alliage TC4ELI est spécifiquement conçu pour les environnements à très basse température.
Les qualités comparables à l'alliage de titane TC4 et à l'alliage de titane TC4ELI incluent T-6A-4V/Grade 5 (qualité américaine), BT 6 (qualité russe), IMI 318 (qualité britannique) et TiAI6V4 (qualité allemande). grade).
Dans le domaine de la fabrication d’équipements médicaux, le titane et ses alliages sont largement utilisés pour traiter les lésions osseuses et articulaires causées par des traumatismes et des tumeurs. Les articulations artificielles, les plaques osseuses et les vis sont généralement fabriquées à partir de titane et d'alliages de titane, qui sont largement acceptés dans la pratique clinique. Ces matériaux sont utilisés dans les articulations de la hanche (y compris les têtes fémorales), les articulations du genou, les articulations du coude, les articulations métacarpophalangiennes, les articulations interphalangiennes, les mandibules, les corps vertébraux artificiels (orthèses vertébrales), les boîtiers de stimulateurs cardiaques, les cœurs artificiels (valves cardiaques), les implants dentaires artificiels, le titane. -orthodontie dentaire en nickel et treillis en titane pour cranioplastie. La résistance spécifique élevée, l’excellente biocompatibilité et la résistance à la corrosion par les fluides corporels font du titane et de ses alliages des matériaux de plus en plus recherchés.
Ti 6Al-4V ELI est une variante de l'alliage Ti 6Al-4V qui présente un espace structurel plus étroit, lui permettant d'atteindre une ténacité maximale. Ce grade est particulièrement adapté aux applications dans l’eau de mer et les environnements à basse température. En règle générale, le Ti 6Al-4V ELI est utilisé à l'état recuit et constitue un excellent choix pour les implants médicaux.
Le processus de production implique un recuit de relaxation, où l'alliage est refroidi à l'air à des températures allant de 900 à 1 200 degrés Fahrenheit pendant une durée de 1 à 4 heures. Pour les barres rondes et les pièces forgées, un double processus de recuit est utilisé. Initialement, le recuit de solution est effectué à une température de 50 à 100 degrés Fahrenheit au-dessus du point de transition bêta. Le matériau est maintenu à cette température pendant au moins 1 heure avant d'être refroidi à l'air. Par la suite, l'alliage est réchauffé à 1300-1400 degrés Fahrenheit pendant au moins 1 heure, puis refroidi à l'air. Un recuit de relaxation est recommandé après les opérations de soudage.
