Титановый порошок ТПП-4: технические характеристики и применение
Титановый порошок ТПП-4 — порошковая продукция на основе титанового сплава, получаемая методом гидридно-кальциевого восстановления с последующим вакуумным отжигом. Материал соответствует требованиям ТУ 1791-001-96310651-2014 и предназначен для аддитивных технологий, порошковой металлургии и напыления защитных покрытий. В отличие от порошков технически чистого титана, ТПП-4 легирован алюминием и ванадием, что обеспечивает повышенные прочностные характеристики при сохранении коррозионной стойкости.
Химический состав и гранулометрия
Химический состав ТПП-4 регламентирован техническими условиями и контролируется на каждой партии. Массовая доля титановой основы — не менее 88%, алюминия — 5,5–6,8%, ванадия — 3,5–4,5%. Содержание примесей ограничено: железо — не более 0,30%, кислород — не более 0,20%, углерод — не более 0,10%, азот — не более 0,05%, водород — не более 0,015%. Нормирование газовых примесей критично для получения беспористых изделий при спекании и плавлении.
Гранулометрический состав ТПП-4 поставляется в нескольких фракциях в зависимости от технологической задачи:
- фракция 40–160 мкм — для SLM-печати и прямого лазерного спекания;
- фракция 50–200 мкм — для EBM-технологий и коаксиального напыления;
- фракция 100–315 мкм — для горячего изостатического прессования;
- фракция до 40 мкм — для плазменного напыления тонкослойных покрытий.
Насыпная плотность порошка ТПП-4 составляет 2,4–2,8 г/см, текучесть по Холлу — 25–35 с на 50 г. Форма частиц близка к сферической, что обеспечивает стабильную укладку слоёв при послойном синтезе и равномерную плотность напыляемого слоя.
Механические свойства изделий из ТПП-4
Изделия, сформированные из порошка ТПП-4 с последующим спеканием или плавлением, демонстрируют механические характеристики, сопоставимые с деформируемыми полуфабрикатами из сплава ВТ6. После горячего изостатического прессования при 900–950 C и давлении 100–140 МПа достигаются следующие показатели:
| Параметр | Значение после ГИП | Значение после SLM | Метод контроля | Условия испытаний |
|---|---|---|---|---|
| Предел прочности при растяжении | 895–960 МПа | 950–1050 МПа | ГОСТ 1497 | 20 C |
| Предел текучести условный | 825–880 МПа | 870–930 МПа | ГОСТ 1497 | 20 C |
| Относительное удлинение | 12–16% | 8–12% | ГОСТ 1497 | 20 C |
| Ударная вязкость KCU | 35–45 Дж/см | 25–35 Дж/см | ГОСТ 9454 | 20 C |
Применение в промышленности
Титановый порошок ТПП-4 востребован в отраслях, где требуется сочетание высокой удельной прочности, коррозионной стойкости и биосовместимости. Материал применяется для изготовления деталей методом селективного лазерного сплавления на установках SLM 280, EOS M290, Concept Laser M2 и аналогичном оборудовании. Из ТПП-4 производят крепёжные элементы авиационных конструкций, корпуса насосов химической промышленности, имплантаты для травматологии и челюстно-лицевой хирургии.
В порошковой металлургии ТПП-4 используется для горячего изостатического прессования заготовок сложной формы, исключающего длительную механическую обработку. Плазменное напыление порошком ТПП-4 формирует износостойкие и коррозионно-стойкие покрытия на деталях нефтегазового оборудования, работающих в агрессивных средах при температурах до 400 C. Электронно-лучевая наплавка с применением ТПП-4 позволяет восстанавливать геометрию лопаток паровых турбин и элементов авиадвигателей.
Условия хранения и транспортировки
Порошок ТПП-4 поставляется в герметично закрытых контейнерах из полиэтилена с последующей упаковкой в металлические барабаны или многослойные бумажные мешки. Хранение осуществляется в сухих отапливаемых складах при относительной влажности не более 60% и температуре от +5 до +35 C. Срок хранения — 12 месяцев с даты изготовления при соблюдении условий транспортировки, исключающих механические повреждения упаковки и попадание влаги.
Вопросы и ответы
Чем ТПП-4 отличается от порошка технически чистого титана?
ТПП-4 легирован алюминием (5,5–6,8%) и ванадием (3,5–4,5%), что повышает предел прочности до 895–960 МПа после ГИП против 350–450 МПа у технически чистого титана. При этом коррозионная стойкость в морской воде и биологических средах сохраняется на сопоставимом уровне.
Какая фракция ТПП-4 оптимальна для SLM-печати?
Для селективного лазерного сплавления рекомендуется фракция 40–160 мкм. Частицы менее 40 мкм склонны к агломерации и ухудшают сыпучесть, а частицы крупнее 160 мкм не обеспечивают требуемую толщину слоя при переплавке лазерным лучом.
Требуется ли термическая обработка после печати из ТПП-4?
Для снятия остаточных напряжений и выравнивания структуры после SLM-печати рекомендуется отжиг при 700–800 C в течение 2–4 часов в вакууме или аргоне. Горячее изостатическое прессование при 900–950 C дополнительно устраняет остаточную пористость.
Допустимо ли использование ТПП-4 для медицинских имплантатов?
Да, при условии контроля химического состава на соответствие требованиям ГОСТ Р ИСО 5832-3. Содержание кислорода не должно превышать 0,20%, а алюминия и ванадия — находиться в пределах, установленных для сплава ВТ6. Необходимо проведение биологических испытаний каждой партии.
