La aleación de titanio TC4, una aleación de titanio de tipo -, fue desarrollada con éxito en los Estados Unidos en 1954. Se compone de un 6 % de elemento estable y un 4 % de elemento estable V. La composición nominal de la aleación de titanio TC4 es equivalente a 7.0 aluminio, con un equivalente de molibdeno de 2,9. En su estado recocido, la aleación contiene un 10%-15% de fase beta. La adición de aluminio mejora la resistencia a temperatura ambiente y las propiedades de resistencia térmica de la aleación al fortalecer la fase a través de una solución sólida en el sistema Ti-Al-V. Por otro lado, V sirve como uno de los pocos elementos de aleación que mejora tanto la resistencia como la plasticidad en las aleaciones de titanio. A diferencia de la mayoría de los elementos de aleación, V tiene un efecto beneficioso sobre la plasticidad de las aleaciones de titanio, ya que reduce la relación del eje c/a de la red del estado, promoviendo la formación de la fase y evitando la fragilización a largo plazo de la aleación durante el uso.
La aleación de titanio TC4 destaca por su excepcional rendimiento general y sus favorables características de proceso. Esta aleación exhibe una resistencia moderada a temperatura ambiente y una resistencia alta a temperaturas elevadas. Demuestra una admirable resistencia a la fluencia y estabilidad térmica, junto con una alta resistencia a la fatiga y a la propagación de grietas en agua de mar. Además, cuenta con una tenacidad a la fractura satisfactoria y una resistencia a la corrosión por tensión térmica salina. La aleación de titanio TC4 también presenta una sensibilidad reducida al hidrógeno en comparación con las aleaciones TC2 y TC1. En consecuencia, resulta adecuado en la fabricación de diversos componentes que funcionan dentro de un amplio rango de temperaturas de -196 a 450 grados, en particular piezas diseñadas teniendo en cuenta el principio de límite de tolerancia a daños.
Además, la aleación de titanio TC4 muestra una excelente ductilidad y superplasticidad, lo que la hace adecuada para moldear utilizando diversos métodos de procesamiento a presión. También se adapta bien a operaciones de soldadura y mecanizado, ofreciendo versatilidad en las técnicas de fabricación.
La aleación de titanio TC4 está disponible en diferentes formas semiacabadas, incluidas barras, piezas forjadas, láminas, placas gruesas, perfiles y alambres. Además, encuentra aplicación en piezas fundidas (denominada ZTC4).
Aleación de titanio TC4ELI
TC4ELI es una versión mejorada de la aleación de titanio TC4, que se distingue por su contenido de aluminio alterado y niveles reducidos de elementos intersticiales como hierro (Fe), nitrógeno (N), hidrógeno (H) y oxígeno (O).
La aleación de titanio TC4ELI ha ganado prominencia como material preferido para implantes médico-quirúrgicos debido a su excepcional biocompatibilidad, bajo módulo elástico, naturaleza liviana, resistencia a la corrosión, no toxicidad, alto límite elástico, mayor vida útil a la fatiga, considerable plasticidad a temperatura ambiente y facilidad de formabilidad. En el campo médico, las láminas de aleación de titanio TC4ELI se emplean predominantemente para aplicaciones como reparación de cráneo y fijación de huesos, donde existen requisitos estrictos de resistencia, vida a la fatiga y plasticidad.
La aleación de titanio, que comprende titanio como elemento base junto con otros elementos de aleación, presenta dos estructuras cristalinas isomórficas. Por debajo de 882 grados, el titanio adopta una estructura reticular hexagonal compacta conocida como -titanio, mientras que por encima de 882 grados se transforma en una estructura reticular cúbica centrada en el cuerpo llamada beta-titanio. Al incorporar cuidadosamente elementos de aleación apropiados para modificar la temperatura de transición de fase y la composición de los componentes, se pueden obtener aleaciones de titanio con diferentes estructuras, aprovechando las características distintivas de estas dos estructuras.
Basándose en la base de la aleación TC4, la aleación de titanio TC4ELI reduce la presencia de elementos intersticiales como carbono (C), oxígeno (O) y nitrógeno (N), así como el elemento impureza hierro (Fe), lo que resulta en una reducción de fortaleza. Sin embargo, este ajuste mejora significativamente la capacidad y tenacidad de la aleación. TC4ELI exhibe excelente plasticidad, tenacidad, rendimiento de soldadura y rendimiento a baja temperatura, lo que lo hace ampliamente aplicable en campos cruciales como la ingeniería de baja temperatura, tratamientos médicos, barcos y aviones.
Si bien la aleación TC4 es adecuada para su uso en entornos normales o de alta temperatura, la aleación TC4ELI está diseñada específicamente para entornos de temperatura ultrabaja.
Los grados comparables a la aleación de titanio TC4 y la aleación de titanio TC4ELI incluyen T-6A-4V/Grado 5 (grado americano), BT 6 (grado ruso), IMI 318 (grado británico) y TiAI6V4 (grado alemán). calificación).
En el ámbito de la fabricación de equipos médicos, el titanio y las aleaciones de titanio encuentran un amplio uso para tratar el daño óseo y articular causado por traumatismos y tumores. Las articulaciones artificiales, las placas óseas y los tornillos se fabrican habitualmente a partir de titanio y aleaciones de titanio, que han obtenido una amplia aceptación en la práctica clínica. Estos materiales se emplean en articulaciones de cadera (incluidas cabezas femorales), articulaciones de rodilla, articulaciones de codo, articulaciones metacarpofalángicas, articulaciones interfalángicas, mandíbulas, cuerpos vertebrales artificiales (órtesis espinales), carcasas de marcapasos, corazones artificiales (válvulas cardíacas), implantes dentales artificiales, titanio. -ortodoncia dental de níquel, y malla de titanio para craneoplastia. La alta resistencia específica, la excelente biocompatibilidad y la resistencia a la corrosión por fluidos corporales hacen que el titanio y las aleaciones de titanio sean materiales cada vez más buscados.
Ti 6Al-4V ELI es una variante de la aleación Ti 6Al-4V que presenta un espacio estructural más estrecho, lo que le permite lograr la máxima tenacidad. Este grado es particularmente adecuado para aplicaciones en agua de mar y ambientes de baja temperatura. Normalmente, Ti 6Al-4V ELI se utiliza en estado recocido y es una excelente opción para implantes médicos.
El proceso de producción implica recocido por relajación, donde la aleación se enfría con aire a temperaturas que oscilan entre 900 y 1200 grados Fahrenheit durante un período de 1 a 4 horas. Para barras redondas y piezas forjadas, se emplea un proceso de doble recocido. Inicialmente, el recocido en solución se realiza a una temperatura de 50 a 100 grados Fahrenheit por encima del punto de transición beta. El material se mantiene a esta temperatura durante un mínimo de 1 hora antes de enfriarlo con aire. Posteriormente, la aleación se recalienta a 1300-1400 grados Fahrenheit durante al menos 1 hora y luego se enfría con aire. Se recomienda el recocido por relajación después de las operaciones de soldadura.
