Grade 23 titanyum, Ti-6Al-4V alaşımının ekstra düşük arayerli sürümü olan Ti-6Al-4V ELI'dir. ELI, ergiyiğin Grade 5'ten daha sıkı oksijen ve demir sınırlarında ve ASTM B-serisinde daha sıkı azot sınırında tutulduğu anlamına gelir. Bu arayerli elementler Ti-6Al-4V'yi çentik hassasiyetine yatkın yapar; dolayısıyla bunların azaltılması, yaklaşık yüzde 7 daha düşük asgari çekme dayanımı karşılığında kırılma tokluğu, hasar toleransı ve kriyojenik sıcaklıklarda korunan süneklik sağlar.
Grade 23 titanyum kimyasal bileşimi
Grade 23 ve Grade 5 aynı alaşım sistemidir. Alüminyum ve vanadyum neredeyse değişmez; değişen arayerli element ve demir üst sınırıdır. Aşağıdaki sınırlar, Grade 5 ve F136 ile birlikte B265, B381 ve B863'ün tekrarladığı ASTM B348 Tablo 1 döküm analizidir.
| Element (ağırlık %) | Grade 23, ASTM B-serisi | Grade 5, ASTM B-serisi | ASTM F136 implant |
|---|---|---|---|
| Alüminyum | 5.5 ila 6.5 | 5.5 ila 6.75 | 5.50 ila 6.50 |
| Vanadyum | 3.5 ila 4.5 | 3.5 ila 4.5 | 3.50 ila 4.50 |
| Oksijen, maks. | 0.13 | 0.20 | 0.13 |
| Demir, maks. | 0.25 | 0.40 | 0.25 |
| Azot, maks. | 0.03 | 0.05 | 0.05 |
| Karbon, maks. | 0.08 | 0.08 | 0.08 |
| Hidrojen, maks | 0.0125 | 0.015 | 0.012 (bazı yayımlanmış yeniden basımlar 0.0125 gösterir) |
| İtriyum, azami | belirtilmemiş | belirtilmemiş | 0.005 |
| Artıklar, her biri / toplam, azami | 0.1 / 0.4 | 0.1 / 0.4 | 0.1 / 0.4 |
| Titanyum | kalan | kalan | kalan |
Mühendislik farkının neredeyse tamamını üç satır taşır: oksijen azami yüzde 0.20'ten yüzde 0.13'e, demir 0.40'tan 0.25'e, azot 0.05'ten 0.03'e düşer. Oksijen ucuz bir dayanım artırıcıdır, ancak alfa fazını sertleştirir ve alaşımı çentik hassasiyetine yatkın hale getirir; bu nedenle kaldırılan her birim, dayanımı toklukla değiştirir. Demir beta fazında yoğunlaşır ve segregasyonu teşvik eder; bu yüzden ELI bunu da azaltır.
Çoğu yayımlanmış Grade 23 veri föyü iki ayrıntıyı düzleştirir. Endüstriyel B-serisi, implant standardına göre azotu daha sıkı tutar; yüzde 0.05'e karşı 0.03 olduğundan F136, B348'den her yönden daha sıkı değildir. Ayrıca F136, B-serisinin itriyumu yalnızca element başına yüzde 0.1 artık sınırı altında yakaladığı yerde, pota refrakterinden gelen itriyum implant temizliği sorunu olduğundan yüzde 0.005 özel itriyum sınırı ekler.
Grade 23 titanyum mekanik özellikleri
Tipik değerler değil, tavlanmış malzeme için spesifikasyon asgari değerleri. ASTM F136 sütunu, kesitte 4,75 mm'den başlayıp 44,45 mm'ye kadar olan çubuk ve dövme parçalar için geçerlidir. Bu kesit boyutunun üzerinde F136 çekme için 825 MPa (120 ksi), akma için 760 MPa (110 ksi), kopma uzaması için yüzde 8 ve boyut aralığına bağlı olarak yüzde 20 veya 15 kesit daralmasına düşer; bu nedenle kabul değerleri kesinleşmeden önce F136 siparişi kesit boyutunu belirtmelidir.
| Tavlanmış asgari | Grade 23, B348 çubuk | Grade 5, B348 çubuk | Gr 23, B381 dövme parça | ELI, F136 (4.75 to under 44.45 mm) |
|---|---|---|---|---|
| Çekme dayanımı, minimum | 828 MPa (120 ksi) | 895 MPa (130 ksi) | 828 MPa (120 ksi) | 860 MPa (125 ksi) |
| Akma dayanımı, yüzde 0.2 ofset, asgari | 759 MPa (110 ksi) | 828 MPa (120 ksi) | 759 MPa (110 ksi) | 795 MPa (115 ksi) |
| 4D'de kopma uzaması, asgari | yüzde 10 | yüzde 10 | yüzde 10 | yüzde 10 |
| Kesit daralması, asgari | Yüzde 15 | yüzde 25 | yüzde 25 | yüzde 25 |
ASTM B265 sac, şerit ve plaka, Grade 23 için aynı 828 ve 759 MPa asgari değerlerini, Grade 5 için ise 895 ve 828'i, yüzde 10 kopma uzamasıyla ve kesit daralması gerekliliği olmadan taşır.
Kesit daralması satırına dikkat edin. B348, tavlanmış durumda Grade 23 çubuk için yüzde 15 kabul ederken Grade 5 için yüzde 25 talep eder ve B348'in kendisi dönüştürülmüş-beta durumunda Grade 23 için yüzde 25 gerektirir; B381, Grade F-23 dövme parçalar için yüzde 25 gerektirir. Grade 23 isteyen ve ayrıca yüzde 25 kesit daralması talep eden teknik resim, B348 çubuğun garanti ettiğinden fazlasını ister; bu husus muayenede değil sipariş aşamasında ele alınmalıdır. B348 ayrıca bu özellikleri en fazla 76 mm kalınlıkta ve 64,5 cm2 kesit alanındaki boyuna kesitlerle sınırlar.
Kırılma tokluğu, yorulma ve düşük sıcaklık sünekliği
ELI'nin varlık nedeni budur ve hiçbir spesifikasyon tablosu bunu göstermez: B348, B265, B381 veya F136'nın hiçbiri kırılma tokluğunu kabul gerekliliği yapmaz. Bunu sertifikalı bir sayı olarak değil, malzeme davranışı olarak değerlendirin.
ATI ve Carpenter, ELI kalitesinin kırılma tokluğu ve yorulma çatlağı büyüme hızı anlamında üstün hasar toleransının yanı sıra daha iyi kriyojenik özelliklere sahip olduğunu belirtir. Carpenter, lamelli ve daha kaba alfa artı beta yapılarıyla tokluğun yükseldiğini, bu nedenle beta tavlanmış Grade 23'ün aynı kimyasal bileşimde üretici tavlamasına göre daha iyi performans verdiğini ekler. ATI, ELI kaynaklarının süneklik, darbe dayanımı ve toklukta standart kalite kaynaklarını geçtiğini belirtir.
Yayımlanmış tipik düzlem gerinimli kırılma tokluğu, Grade 23'ü yaklaşık 75 ila 90 MPa·m^0.5, Grade 5'i ise yaklaşık 55 ila 75 olarak verir. Bunlar spesifikasyon asgari değerleri değil, literatür aralıklarıdır: tokluk mikroyapı, biçim ve yönelime göre değişir ve ek gereklilik olarak satın alınmadıkça sertifikalandırılmaz.
Carpenter, tavlanmış Ti-6Al-4V ELI için 0.06 ila 0.1 gerilme oranında, pürüzsüz numunede 400 ila 700 MPa (60 ila 100 ksi) ve 3 gerilme yığılması katsayısında çentikli numunede 140 ila 270 MPa (20 ila 40 ksi) eksenel yorulma sınırları yayımlar. Yayılım geniştir; çünkü yüksek çevrimli yorulmayı mikroyapı ve yüzey durumu yönetir: yüzey kalitesi ve alfa kasasının yokluğu, yorulma ömrünü sertifikadaki kalite kadar belirler.
Düşük sıcaklık, arayerli element gerekçesinin netleştiği yerdir. Grade 5, oksijenle güçlendirilmiş alfa kaymaya direndiği için sıcaklık düştükçe sünekliğini kaybeder. Grade 23, sıvı hidrojen sıcaklığına kadar kullanılabilir kopma uzaması korur: oksijeni yüzde 0.10'e yakın ELI üzerine yayımlanmış araştırmalar, 20 K'de yaklaşık 1600 MPa akma dayanımı ve yüzde 12'e kadar kopma uzaması bildirir. Bu nedenle kriyojenik kap ve kriyojenik bileşen spesifikasyonları Grade 5 yerine ELI çağırma eğilimindedir; ancak uygulanacak kalite genel bir kuralla değil, geçerli standart ve siparişle belirlenir.
Grade 23 titanyum fiziksel özellikleri
Fiziksel özellikler Grade 5'ten esasen değişmez. Oda sıcaklığındaki tipik yayımlanmış veriler.
| Özellik | Değer |
|---|---|
| Yoğunluk | 4.43 g/cm3 (0.160 lb/in3), aralık 4.42 ila 4.47 |
| Solidus | 1593 ila 1616 C (2900 ila 2940 F) |
| Likidus | 1636 ila 1674 C (2976 ila 3046 F) |
| Beta transus | 975 C (1790 F), aralık 963 ila 991 |
| Elastisite modülü | 105 ila 115 GPa |
| Kayma modülü | 41 ila 45 GPa |
| Poisson oranı | 0.31 ila 0.34 (yaygın olarak 0.342 verilir) |
| Isıl iletkenlik | 6.6 ila 7.0 W/m·K |
| Özgül ısı kapasitesi | 20 C'de 526 ila 570 J/kg·K |
| Isıl genleşme katsayısı | 8.6 x 10^-6 /K (20 ila 100 C), 9.2 (20 ila 315 C) |
| Elektriksel özdirenç | 168 ila 175 µΩ·cm |
| Manyetik tepki | yok, bağıl manyetik geçirgenlik 1.01 veya daha düşük |
Bunlardan ikisi atölye kararlarını yönlendirir. 6,7 W/m·K civarındaki ısıl iletkenlik karbon çeliğinin yaklaşık yedide biridir; bu nedenle kesme ısısı talaşta değil takımda kalır. 975 C civarındaki beta transus tavlama üst sınırını belirler: aşılırsa eşeksenli yapı kaybolur.
Grade 23 için hangi UNS numarası geçerlidir, R56407 mi R56401 mi?
İkisi de doğrudur. Sertifikanıza hangisinin ait olduğu Grade 23 ifadesine değil, sipariş ettiğiniz standarda bağlıdır. Bu, ELI satın alımlarındaki en yaygın belgelendirme hatasıdır ve yaygın atıf yapılan birkaç Grade 23 veri föyü her durumda R56401 basar.
Kural basittir. Her ASTM B-serisi endüstriyel spesifikasyon Grade 23'ü UNS R56407 olarak tanımlar. Yalnızca cerrahi implant spesifikasyonu ASTM F136 R56401'i taşır ve bu numara başlığında yer alır.
| Sipariş edilen standart | Kapsanan ürün biçimleri | Standarttaki kalite tanımı | UNS numarası |
|---|---|---|---|
| ASTM B265 | şerit, sac, plaka | Grade 23 | R56407 |
| ASTM B348 | çubuk, kütük | Grade 23 | R56407 |
| ASTM B381 | dövme parçalar | Grade F-23 | R56407 |
| ASTM B863 | tel | Grade 23 | R56407 |
| ASTM F136 | cerrahi implant üretimi için şerit, sac, plaka, çubuk, dövme çubuk ve tel | Ti-6Al-4V ELI | R56401 |
| ASTM B348 / B265, Grade 5 | çubuk, sac, plaka | Grade 5 | R56400 |
ASTM B348'in yayımlanmış kapsamı kelimesi kelimesine şöyledir: Grade 23, UNS R56407, titanyum alaşımı, ekstra düşük arayerli elementlere sahip yüzde 6 alüminyum, yüzde 4 vanadyum, ELI. B265 ve B863 aynı ifadeyi kullanır; B381 Grade F-23, UNS R56407 kullanır. ASTM F136'nın başlığı, Cerrahi İmplant Uygulamaları için Dövülmüş Titanium-6Aluminum-4Vanadium ELI Alaşımı Standart Spesifikasyonu, UNS R56401'dir. International Titanium Association ve ATI, ELI'yi R56407 altında yayımlar.
Ticari açıdan neden önemlidir: teknik resminiz ASTM B348 Grade 23 istiyorsa ve sertifikada R56401 yazıyorsa, sertifika sipariş edilen spesifikasyonla eşleşmez ve kabul muayenesi bunu reddedebilir. Tersi de olur; F136 implant stoğu R56407 ile sertifikalandırılır ve cihaz kalite sistemi izlenebilirlik boşluğunu işaretler. Numaralar birbirinin yerine kullanılamaz, çünkü kabul paketleri farklıdır: F136 bir itriyum sınırı ekler, daha yüksek azota izin verir ve kendi ürün gerekliliklerini uygular.
Alıcılar için kural: standardı önce yazın ve UNS'un onu izlemesini sağlayın. Bir teklif Grade 23'ü ASTM B348'e göre belirtip F136 numarası R56401'i yazıyorsa, döküm tahsis edilmeden önce sertifikada hangisinin yer alacağını netleştirin.
Standartlar ve ürün biçimleri
Grade 23, üretici ürün yelpazesi boyunca kapsanır. Uygulanacak spesifikasyon ürün biçimiyle belirlenir ve UNS onu izler.
| Ürün formu | Birincil ASTM spesifikasyonu | Diğer yaygın spesifikasyonlar |
|---|---|---|
| Çubuk ve kütük | ASTM B348 Grade 23 | AMS 4930, AMS 4931, ASTM F136 |
| Sac, şerit ve plaka | ASTM B265 Grade 23 | AMS 4907, ASTM F136 |
| Dövme parçalar | ASTM B381 Grade F-23 | ASTM F136 |
| Tel | ASTM B863 Grade 23 | AMS 4956, ASTM F136 |
| Kaynak teli | AWS A5.16 ERTi-23 | – |
| Dikişsiz ve kaynaklı boru | ASTM B861, ASTM B862 | – |
| Bağlantı parçaları | ASTM B363 | – |
| Cerrahi implant stoğu | ASTM F136 | ISO 5832-3 |
Biçime göre kabul ayrıntısı şurada yer alır ASTM B348 çubuk ve kütük rehberi ve ASTM B265 sac ve plaka rehberi. Ayrıca bkz. Ti-6Al-4V ELI titanyum çubuk.
Grade 23 ve Grade 5: ek ELI maliyetinin ne zaman karşılığını verdiği
Grade 5 doğru varsayılandır. Daha yaygın stoklanır ve 828'e karşı 895 MPa asgari çekme dayanımı taşır; dolayısıyla akma dayanımına göre boyutlandırılmış statik yüklü parçada ELI kalitesi daha pahalıdır ve kilogram başına daha düşük dayanım sağlar.
Grade 23, arıza modu gerilme seviyesi yerine çatlak olduğunda ek maliyetini hak eder: önlenmek yerine tolere edilmesi gereken kusurlu kırılma açısından kritik parçalar, dayanım sınırlarına yakın yorulma yüklü parçalar, kaynak sünekliğinin belirleyici olduğu kaynaklı montajlar, kriyojenik hizmet ve implant stoğu. Maliyet alaşım içeriğinde değil, ergitme rotasındadır: azami yüzde 0.13 oksijen sınırı seçilmiş girdi malzemesi ve normal endüstri uygulamasında çoklu vakum ark yeniden ergitmesi gerektirir; bu da bir dökümün hangi kalite olarak sertifikalandırılabileceğini daraltır.
Seçim, şurada duruma göre ele alınır Grade 5 ve Grade 23 titanyum karşılaştırması. Çubuk formunda Grade 2, Grade 5 ve korozyon kalitelerini hâlâ karşılaştıran bir teklif talebi için kullanınız titanyum çubuk kalite seçim kılavuzu.
Uygulamalar
Cerrahi implantlar. ASTM F136 ve ISO 5832-3'e göre Ti-6Al-4V ELI, yük taşıyan kalıcı implantlar için temel alaşımdır: kalça ve diz sapları, omurga çubukları ve pedikül vidaları, travma plakaları, kemik vidaları, diş bileşenleri. Biyouyumluluk, havada veya vücut sıvısında anında yeniden oluşan pasif titanyum dioksit filminden gelir ve alaşımın klorürlü salamura kimyasına dayanmasını sağlar. Yorulma ikinci nedendir; implant milyonlarca çevrim boyunca döngüsel olarak yüklenir. Beiyu bu kalitede implant üreticilerinin işleyip cihaz olarak doğruladığı çubuk, plaka, tel ve dövme parça üretici ürünü tedarik eder. Bitmiş implant üretmiyoruz. Ayrıntılar şurada yer alır medikal kalite titanyum standartları kılavuzu ve ASTM F136 ELI çubuk sayfada.
Kriyojenik hizmet. Eksi 196 C altında korunan sünekliğin seçim belirleyicisi olduğu kriyojenik kaplar, sıvı hidrojen ve sıvı oksijen donanımı ile soğuk uç test düzeneği yapıları.
Kırılma açısından kritik ve yorulma yüklü parçalar. Hasar toleranslı gövde ve döner kanat bileşenleri, deniz altı donanımı, basınçlı kap bölümleri ve izin verilen değerin akma yerine çatlak büyümesiyle belirlendiği, güvenli ömür yerine hasar toleransı felsefesiyle tasarlanmış her parça.
Grade 23 titanyum siparişte nasıl belirtilir
Buradaki uyuşmazlıkların çoğu belgelendirme uyuşmazlıklarıdır. Açık bir sipariş kalemi şunları taşır:
- Standart ve kalite birlikte, örneğin ASTM B348 Grade 23 veya ASTM F136. Asla tek başına Grade 23 değil.
- Bu standarda karşılık gelen UNS numarası, B-serisi için R56407 ve F136 için R56401; böylece sertifika teslimde kontrol edilebilir.
- Biçim, boyutlar ve tolerans sınıfı, ayrıca tokluğun belirleyici olduğu durumda üretici tavlı mı beta tavlı mı olduğu.
- Yüzey durumu, çünkü alfa kasa kaldırma yorulma ömrünü belirler.
- Standardın ötesindeki her şey, örneğin B348 asgari değerinin üzerindeki kesit daralması, ultrasonik sınıf veya tokluk ya da yorulma testi, sorguda ek gereklilik olarak belirtilmelidir.
- Gerekli sertifikasyon, gösterilen döküm numarası dahil.
Beiyu Titanium, Grade 23 üretici fabrika ürününü ASTM spesifikasyonlarına göre tedarik eder. EN 10204 3.1 dokümantasyonu ve döküm veya lot izlenebilirliği gerektiğinde, talep edilen sonuçları ve izlenebilirlik alanlarını RFQ'da belirtin. Teknik resmi veya spesifikasyon satırını gönderin; Beiyu kaliteyi, standardı, UNS tanımını ve doküman kapsamını teklifte teyit edecektir.
Sık sorulan sorular
Grade 23 titanyum Grade 5'ten daha mı dayanıklıdır?
Hayır, statik dayanımda değil. Grade 5, aynı tavlanmış çubuk biçiminde Grade 23 için 828 ve 759'a karşı 895 MPa çekme ve 828 MPa akma ile daha yüksek spesifikasyon asgari değerine sahiptir. Grade 23 daha güçlü değil, daha toktur: çatlak başlangıcına ve büyümesine daha iyi direnç gösterir, kriyojenik sıcaklıkta sünekliği korur ve yorulma ile kaynaklarda daha iyi performans verir.
ASTM B348 Grade 23 çubuk implant yapımında kullanılabilir mi?
ASTM F136 yerine kullanılacak bir malzeme olarak değil. Kimyasal bileşim büyük ölçüde örtüşür, ancak F136 implant stoğu için tıbbi cihaz kalite sistemleri ve düzenleyicilerin tanıdığı standarttır; kendi UNS numarası R56401'i, ayrıca itriyum sınırını ve kendi ürün gerekliliklerini taşır. B348 Grade 23 endüstriyeldir; onu implant için sipariş etmek, cihaz denetiminde ortaya çıkan bir izlenebilirlik boşluğu oluşturur.
Grade 23 titanyum neden Grade 5'ten daha pahalıdır?
Maliyet alaşım içeriğinde değil, ergitmededir. Oksijeni azami yüzde 0.13'te ve demiri yüzde 0.25'te tutmak seçilmiş girdi malzemesi ve çoklu vakum ark yeniden ergitmesi gerektirir; bir dökümün sertifikalandırılabileceği aralığı daraltır, dolayısıyla her ergitmenin daha büyük bölümü yeterlilik sağlayamaz. Artış biçime, hacme ve sertifikasyon paketine göre değişir.
Grade 23 titanyum nikel içerir mi?
Hayır. Nikel, Ti-6Al-4V ELI'de alaşım elementi değildir. Bileşim, yüzde 5.5 ila 6.5 alüminyum ve yüzde 3.5 ila 4.5 vanadyum ile titanyum, ayrıca kontrollü arayerli elementler ve demirdir. Nikel kasıtlı olarak eklenmez; ancak her artık element gibi, element başına yüzde 0.1 ve toplam yüzde 0.4 artık sınırıyla kontrol edilen iz miktarlarda bulunabilir. Belirli bir malzemenin nikele duyarlı hasta için uygunluğu, yalnızca kalitenin çözdüğü bir konu değil, malzeme sertifikasına göre cihaz üreticisi ve klinisyenin vereceği karardır.
Bu malzemeyi başka kimlerin yayımladığını ve her birinin ne belirttiğini görmek için bakınız Grade 23 Titanyum Çubuk Tedarikçileri: Beş Şirket Sayfasının Karşılaştırması.
Kaynaklarıyla şartname ayrıntıları
Ti-6Al-4V ELI implant belgeleri iki paralel belge üzerinden yürür ve kabul değerleri aynı değildir. Dövme Ti-6Al-4V için implant standardı ISO 5832-3, minimum 860 MPa çekme dayanımı, yüzde 0.2 kalıcı uzama gerilmesi olarak 780 MPa ve yüzde 10 kopma uzaması listeler; bunlar yakın olmakla birlikte aynı değildir ASTM F136 yukarıda tablolaştırılan çubuk değerleriyle. Bu nedenle yalnızca ISO 5832-3'e göre sertifikalandırılmış bir döküm, F136 siparişini otomatik olarak karşılamaz; çünkü her belge kendi maddelerine göre numune alır ve raporlar; her ikisine atıfta bulunan bir cihaz dosyasında kabul temelinin satır satır belirtilmesi gerekir.
İmplant yerine havacılık ve uzay satın alımlarında aynı ELI kimyasal bileşimi, tavlanmış durumdaki Ti-6Al-4V ELI çubukları, teli, dövme parçaları ve halkaları kapsayan SAE AMS 4930'a veya kırılma açısından kritik donanımda kullanılan çift tavlanmış versiyon AMS 4931'e göre sipariş edilir. Herhangi bir sertifikadaki arayer elementi beyanının doğrulanması analitik yöntemlere dayanır: ASTM E1409 titanyumda oksijen ve azotun inert gaz füzyonu ile belirlenmesini kapsar ve ASTM E1447 hidrojenin inert gaz füzyonu ve ısıl iletkenlik yöntemiyle belirlenmesini kapsar. Siparişte bu yöntem standartlarına atıfta bulunulması, laboratuvar tekniğini sertifikalandırılan sınırlara bağlar.