Сплав TC4 (Ti6Al4V) — это титановый сплав α+β-типа, сочетающий алюминий (5.5–6.8%) и ванадий (3.5–4.5%) для достижения оптимального баланса прочности, легкости и коррозионной стойкости. Этот материал широко применяется в аддитивном производстве благодаря высокой сферичности частиц, низкому содержанию кислорода (≤0.15%) и способности формировать детали сложной геометрии с минимальной пористостью. TC4 сохраняет механические свойства при температурах до 400°C, что делает его ключевым материалом для аэрокосмической, медицинской и автомобильной промышленности.
Химический состав и структура
Основу сплава составляет титан (87–91%), дополненный алюминием, который стабилизирует α-фазу, и ванадием, отвечающим за формирование β-фазы. Такая комбинация обеспечивает высокую ударную вязкость и свариваемость. Микроструктура сплава позволяет модифицировать свойства через термообработку: отжиг при 700—800°C повышает пластичность, а закалка — прочность. Контроль примесей (углерод ≤0.10%, железо ≤0.30%) гарантирует стабильность характеристик.
Механические и физические свойства
После SLM-печати и постобработки материал демонстрирует:
- Предел прочности: 900–1100 МПа
- Предел текучести: 830–1030 МПа
- Относительное удлинение: 10–15%
- Плотность: 4.43 г/см³ (на 40% легче стали)
- Твердость: 334–361 HV
Термическая стабильность (рабочая температура до 400°C) и устойчивость к коррозии в агрессивных средах (морская вода, кислоты) выделяют TC4 среди других сплавов.
Параметры SLM-печати
- Размер частиц: 15–53 мкм
- Защитная атмосфера: аргон (O₂ ≤0.1%)
Преимущества для аддитивного производства
- Биосовместимость. Соответствует стандарту ISO 5832‑1, что позволяет использовать сплав для медицинских имплантатов (протезы суставов, зубные конструкции)
- Топологическая оптимизация. Возможность создания полых структур с толщиной стенок до 0,4 мм
- Экологичность. До 95% неиспользованного порошка пригодно для повторного применения
Области применения
- Аэрокосмическая промышленность. Лопатки турбин, элементы шасси, крепежные детали — снижение веса при сохранении прочности критично для топливной эффективности
- Медицина. Ортопедические имплантаты с пористой структурой, имитирующей костную ткань, что улучшает остеоинтеграцию
- Автомобилестроение. Каркасы гоночных автомобилей, компоненты выхлопных систем — устойчивость к термическим и механическим нагрузкам
- Энергетика. Теплообменники и детали турбин, работающие в условиях высоких температур и коррозии
Постобработка и контроль качества
- Термообработка. Отжиг для снятия напряжений и стабилизации структуры
- Механическая обработка. Пескоструйная очистка (шероховатость Ra 10–30 мкм) и полировка для медицинских применений
TC4 / Ti6Al4V — универсальный материал для SLM‑печати, сочетающий легкость, прочность и биосовместимость. Его применение оптимально для задач, требующих высокой точности и надежности, таких как аэрокосмические компоненты или медицинские имплантаты.
