โลหะผสมไทเทเนียมเป็นโลหะผสมที่ประกอบด้วยไทเทเนียมและธาตุเคมี อื่นๆ ผสมกัน โลหะผสมเหล่านี้มีความแข็งแรงและความเหนียว สูงมาก (แม้ในอุณหภูมิสูงมาก) มีน้ำหนักเบาทนต่อการกัดกร่อน เป็นพิเศษ และทนต่ออุณหภูมิสูงได้ อย่างไรก็ตาม ต้นทุนการผลิต ที่สูง จำกัดการใช้งานไว้เฉพาะในด้านการทหารเครื่องบินยานอวกาศ จักรยานอุปกรณ์ทางการแพทย์ เครื่องประดับ ชิ้นส่วนที่รับแรงกดสูง เช่นก้านลูกสูบในรถสปอร์ต ราคาแพง และอุปกรณ์กีฬา ระดับพรีเมียมบางชนิด รวมถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ สำหรับผู้ บริโภค

แม้ว่าไทเทเนียม "บริสุทธิ์เชิงพาณิชย์" จะมีคุณสมบัติทางกลที่ยอมรับได้และถูกนำไปใช้ใน การปลูก ถ่ายกระดูกและฟันแต่สำหรับการใช้งานส่วนใหญ่ ไทเทเนียมจะถูกผสมกับอะลูมิเนียมและวานาเดียม ในปริมาณเล็กน้อย โดยทั่วไปประมาณ 6% และ 4% ตามลำดับโดยน้ำหนัก ส่วนผสมนี้มีความสามารถในการละลายของแข็งที่เปลี่ยนแปลงอย่างมากตามอุณหภูมิ ทำให้เกิดการเสริมความแข็งแรง ด้วยการตกตะกอน กระบวนการ อบชุบด้วยความร้อนนี้จะดำเนินการหลังจากที่โลหะผสมได้รับการขึ้นรูปเป็นรูปร่างสุดท้ายแล้ว แต่ก่อนที่จะนำไปใช้งาน ซึ่งช่วยให้การผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีความแข็งแรงสูงทำได้ง่ายขึ้นมาก

โดยทั่วไปโลหะผสมไทเทเนียมจะถูกจำแนกออกเป็น 4 ประเภทหลัก^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}และประเภทที่ 5 เป็นประเภทเบ็ดเตล็ดรวม

• โลหะผสมอัลฟาที่มีธาตุผสมที่เป็นกลาง (เช่นดีบุก ) และ/หรือตัวทำให้เสถียรอัลฟา (เช่น อะลูมิเนียมหรือออกซิเจน ) เท่านั้น โลหะผสมเหล่านี้ไม่สามารถอบชุบความร้อนได้ ตัวอย่างเช่น: ^{[ 5 ]} Ti-5Al-2Sn-ELI, Ti-8Al-1Mo-1V
• โลหะผสมใกล้แอลฟาประกอบด้วยเฟสเบต้า ที่เหนียวในปริมาณเล็กน้อยนอกจากสารทำให้เฟสแอลฟาเสถียรแล้ว โลหะผสมใกล้แอลฟายังผสมกับสารทำให้เฟสเบต้าเสถียร 1–2% เช่นโมลิบเดนัมซิลิคอนหรือวานาเดียมตัวอย่างได้แก่^{[ 5 ]} Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo , Ti-5Al-5Sn-2Zr-2Mo, IMI 685 และ Ti 1100
• โลหะผสมอัลฟา-เบตา ซึ่งเป็นโลหะกึ่งเสถียรและโดยทั่วไปประกอบด้วยสารทำให้เสถียรทั้งอัลฟาและเบตา และสามารถอบชุบความร้อนได้ ตัวอย่างเช่น^{[ 5 ]} Ti-6Al-4V , Ti-6Al-4V-ELI, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-6Al-7Nbและ Ti62A ^{[ 6 ]}
• โลหะผสมเบต้าและใกล้เบต้า ซึ่งเป็นเมตาเสถียรและมีสารทำให้เบต้าเสถียรเพียงพอ (เช่น โมลิบเดนัม ซิลิคอน และวานาเดียม) เพื่อให้สามารถคงเฟสเบต้าไว้ได้เมื่อถูกทำให้เย็นตัวอย่างรวดเร็ว และยังสามารถผ่านการบำบัดด้วยสารละลายและการบ่มเพื่อเพิ่มความแข็งแรงได้อีกด้วย ตัวอย่างได้แก่: ^{[ 5 ]} Ti-10V-2Fe-3Al , Ti–29Nb–13Ta–4.6Zr, ^{[ 7 ]} Ti-13V-11Cr-3Al, Ti-8Mo-8V-2Fe-3Al, Beta Cและ Ti-15-3
• แม้ว่าจะยังไม่ได้รับการนำไปใช้ในเชิง พาณิชย์ในตะวันตก แต่โลหะผสมไทเทเนียมแบบไบนารีกับแมกนีเซียมโพแทสเซียมแคลเซียมและลิเธียมได้ถูกผลิตขึ้นใน ภาชนะรับแรงดัน การหลอมด้วยอาร์คที่ ความ ดันสูงถึง 140 บรรยากาศ^{[ 8 ]}

ไทเทเนียมบริสุทธิ์คืออัลฟาไทเทเนียม

โลหะผสมไทเทเนียมเบต้าแสดง รูปแบบ อัลโลโทรปิกBCC ของไทเทเนียม (เรียกว่าเบต้า) ^{[ 9 ]} ธาตุที่ใช้ในโลหะผสมนี้ประกอบด้วย ธาตุ อื่นนอกเหนือ จากไทเทเนียมอย่างน้อยหนึ่งชนิดในปริมาณที่แตกต่างกัน ได้แก่โมลิบเด นั มวานาเดียมไนโอเบียมแทนทาลัมเซอร์โคเนียมแมงกานีสเหล็กโครเมียมโคบอลต์นิกเกล และทองแดง

โลหะผสมไทเทเนียมเบต้ามีคุณสมบัติในการขึ้นรูปที่ดีเยี่ยมและสามารถเชื่อมได้ง่าย^{[ 10 ]}

ปัจจุบันเบต้าไทเทเนียมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายใน สาขา ทันตกรรมจัดฟันและถูกนำมาใช้ในทันตกรรมจัดฟันในช่วงทศวรรษ 1980 ^{[ 10 ]}โลหะผสมชนิดนี้เข้ามาแทนที่เหล็กกล้าไร้สนิมสำหรับการใช้งานบางอย่าง เนื่องจากเหล็กกล้าไร้สนิมครองตลาดทันตกรรมจัดฟันมาตั้งแต่ทศวรรษ 1960 เบต้าไทเทเนียมมีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อโมดูลัสความยืดหยุ่นเกือบสองเท่าของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนิติก 18-8 มีการโก่งตัวแบบยืดหยุ่นในสปริงมากกว่า และมีแรงต่อหน่วยการเคลื่อนที่ลดลง 2.2 เท่าเมื่อเทียบกับเครื่องมือจัดฟันที่ทำจากเหล็กกล้าไร้สนิม

โลหะผสมเบต้าไทเทเนียมบางชนิดสามารถเปลี่ยนเป็นโอเมก้าไทเทเนียมหกเหลี่ยม ที่แข็งและเปราะได้ ที่อุณหภูมิเยือกแข็ง^{[ 11 ]}หรือภายใต้อิทธิพลของรังสีไอออนไนซ์^{[ 12 ]}

โครงสร้างผลึกของไทเทเนียมที่อุณหภูมิและความดันปกติเป็นเฟส α แบบหกเหลี่ยมอัดแน่น โดยมีอัตราส่วน ac/a เท่ากับ 1.587 ที่อุณหภูมิประมาณ 890 °C ไทเทเนียมจะเกิด การเปลี่ยนแปลง โครงสร้างผลึกไปเป็นเฟส β แบบลูกบาศก์ศูนย์กลาง ซึ่งยังคงเสถียรจนถึงอุณหภูมิหลอมเหลว

ธาตุผสมบางชนิดที่เรียกว่าตัวทำให้เสถียรอัลฟาจะเพิ่ม อุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านจาก อัลฟา เป็นเบตา^{[ i ]}ในขณะที่ธาตุอื่นๆ (ตัวทำให้เสถียรเบตา) จะลดอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่าน อะลูมิเนียมแกลเลียมเจอร์มาเนียมคาร์บอนออกซิเจนและไนโตรเจน เป็น ตัวทำให้เสถียรอัลฟา โมลิบเดนัม วา นา เดียมแทนทาลัมไนโอเบียมแมงกานีสเหล็กโครเมียมโคบอลต์นิกเกลทองแดงและซิลิคอนเป็น^ตัวทำให้เสถียรเบตา[ ^{13 ]}

โดยทั่วไป ไทเทเนียมเฟสเบต้ามีความยืดหยุ่นมากกว่า ในขณะที่ไทเทเนียมเฟสอัลฟาจะแข็งแรงกว่าแต่มีความยืดหยุ่นน้อยกว่า เนื่องจากมีระนาบการเลื่อนใน โครงสร้าง bccของเฟสเบต้ามากกว่าเมื่อเทียบกับโครงสร้างhcp ของเฟสอัลฟา ไทเทเนียมเฟสอัลฟา-เบต้าจึงมีคุณสมบัติทางกลอยู่ระหว่างทั้งสองเฟสนี้

ไทเทเนียมไดออกไซด์ละลายในโลหะที่อุณหภูมิสูง และกระบวนการก่อตัวของมันต้องใช้พลังงานสูงมาก ปัจจัยทั้งสองนี้หมายความว่าไทเทเนียมทั้งหมด ยกเว้นไทเทเนียมที่ผ่านการทำให้บริสุทธิ์อย่างระมัดระวังที่สุด จะมีออกซิเจน ละลายอยู่เป็นจำนวนมาก ดังนั้นจึงอาจถือได้ว่าเป็นโลหะผสม Ti–O ตะกอนออกไซด์ช่วยเพิ่มความแข็งแรงได้บ้าง (ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น) แต่ไม่ค่อยตอบสนองต่อการอบชุบด้วยความร้อน และสามารถลดความเหนียวของโลหะผสมลงได้อย่างมาก

โลหะผสมหลายชนิดมีไทเทเนียมเป็นส่วนผสมเล็กน้อย แต่เนื่องจากโลหะผสมมักถูกจัดประเภทตามธาตุที่เป็นส่วนประกอบหลักของวัสดุ จึงมักไม่ถือว่าเป็น "โลหะผสมไทเทเนียม" โดยตรง โปรด ดูบทความย่อยเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้ไทเทเนียม

ไทเทเนียมเป็นโลหะที่แข็งแรงและเบา มีความแข็งแรงกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำทั่วไป แต่เบากว่าถึง 45% นอกจากนี้ยังแข็งแรงกว่าโลหะผสมอะลูมิเนียมที่อ่อนแอถึงสองเท่า แต่หนักกว่าเพียง 60% ไทเทเนียมมีความทนทานต่อการกัดกร่อนของน้ำทะเลได้ดีเยี่ยม จึงถูกนำไปใช้ในเพลาใบพัด อุปกรณ์ประกอบเรือ และชิ้นส่วนอื่นๆ ของเรือที่สัมผัสกับน้ำทะเล ไทเทเนียมและโลหะผสมของมันถูกนำไปใช้ในเครื่องบิน ขีปนาวุธ และจรวด ซึ่งความแข็งแรง น้ำหนักเบา และความทนทานต่ออุณหภูมิสูงเป็นสิ่งสำคัญ^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]}

เนื่องจากไทเทเนียมไม่ทำปฏิกิริยาในร่างกายมนุษย์ จึงมีการใช้ไทเทเนียมและโลหะผสมของไทเทเนียมในข้อต่อเทียม สกรู และแผ่นโลหะสำหรับรักษาอาการกระดูกหัก รวมถึงวัสดุปลูกถ่ายทางชีวภาพอื่นๆ ดูเพิ่มเติมได้ที่: วัสดุ ปลูกถ่ายกระดูกไทเทเนียม

มาตรฐาน ASTM Internationalเกี่ยวกับท่อไร้รอยต่อไทเทเนียมและโลหะผสมไทเทเนียมอ้างอิงถึงโลหะผสมต่อไปนี้ ซึ่งต้องได้รับการบำบัดดังต่อไปนี้: ^{[ 17 ]}

• เกรด 5, 23, 24, 25, 29, 35 หรือ 36: เหล็กอบอ่อนหรือเหล็กบ่ม
• เกรด 9, 18, 28 หรือ 38: ผ่านกระบวนการขึ้นรูปเย็นและคลายความเครียด หรืออบอ่อน
• ระดับชั้น 9, 18, 23, 28 หรือ 29: สภาวะเบต้าที่เปลี่ยนแปลงไป
• เกรด 19, 20 หรือ 21: ผ่านการบำบัดด้วยสารละลาย หรือผ่านการบำบัดด้วยสารละลายและบ่ม

วัสดุที่มีตัวอักษร H ในชื่อเกรด (2H, 7H, 16H, 26H) ได้รับการระบุไว้ วัสดุเหล่านี้เหมือนกับเกรดที่มีหมายเลขที่สอดคล้องกัน แต่มีความแข็งแรงดึงสูงสุด ขั้นต่ำที่สูงกว่า โดยส่วนใหญ่มีจุดประสงค์เพื่อใช้ในภาชนะรับแรงดัน^{[ 17 ]}

ชั้นประถมศึกษาปีที่ 1

เป็นโลหะผสมไทเทเนียมที่อ่อนตัวและยืดหยุ่นที่สุด เหมาะสำหรับงานขึ้นรูปเย็นและสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อน มาตรฐาน ASTM/ASME SB-265 กำหนดมาตรฐานสำหรับแผ่นและแผ่นไทเทเนียมบริสุทธิ์เชิงพาณิชย์^{[ 18 ]}

เกรด 2 และ 2H

ไทเทเนียมบริสุทธิ์ ผสมออกซิเจนมาตรฐาน 2H มีความแข็งแรงดึงสูงสุดขั้นต่ำ 58 กิโลไซเคิล (400 เมกะปาสคาล)

ชั้นประถมศึกษาปีที่ 3

ไทเทเนียมบริสุทธิ์ ออกซิเจนปานกลาง

ชั้นประถมศึกษาปีที่ 4

บริสุทธิ์

ชั้นประถมศึกษาปีที่ 5

เรียกอีกอย่างว่า Ti6Al4V, Ti-6Al-4Vหรือ Ti 6-4

อย่าสับสนกับ Ti-6Al-4V-ELI (เกรด 23) ซึ่งเป็นโลหะผสมที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุด มีองค์ประกอบทางเคมีเป็นอะลูมิเนียม 6%, วานาเดียม 4%, เหล็ก 0.25% (สูงสุด), ออกซิเจน 0.2% (สูงสุด) และส่วนที่เหลือเป็นไทเทเนียม^{[ 19 ]}มีความแข็งแรงกว่าไทเทเนียมบริสุทธิ์เชิงพาณิชย์ (เกรด 1-4) อย่างมาก ในขณะที่มีความแข็งและคุณสมบัติทางความร้อนเหมือนกัน (ยกเว้นค่าการนำความร้อน ซึ่งต่ำกว่าในไทเทเนียมเกรด 5 ประมาณ 60% เมื่อเทียบกับไทเทเนียมบริสุทธิ์เชิงพาณิชย์) ^{[ 20 ]}ข้อดีหลายประการของมันคือการอบชุบความร้อน เกรดนี้รวมความแข็งแรง ความต้านทานการกัดกร่อน ความสามารถในการเชื่อม และความสามารถในการขึ้นรูป โดยทั่วไป Ti-6Al-4V ใช้ในงานที่อุณหภูมิสูงถึง 400 °C (752 °F)

ชั้นประถมศึกษาปีที่ 6

ประกอบด้วยอะลูมิเนียม 5% และดีบุก 2.5% เรียกอีกอย่างว่า Ti-5Al-2.5Sn โลหะผสมนี้ใช้ในโครงสร้างเครื่องบินและเครื่องยนต์เจ็ทเนื่องจากเชื่อมได้ดี มีเสถียรภาพและแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง^{[ 21 ]}

เกรด 7 และ 7H

ประกอบด้วย แพลเลเดียม 0.12 ถึง 0.25% เกรดนี้คล้ายกับเกรด 2 ปริมาณแพลเลเดียมที่เพิ่มเข้ามาเล็กน้อยทำให้มีความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบร่องที่อุณหภูมิต่ำและค่า pH สูง เกรด 7H มีค่า UTS ขั้นต่ำ 58 ksi (400 MPa) ^{[ 22 ]}

เกรด 9

ประกอบด้วยอะลูมิเนียม 3.0% และวานาเดียม 2.5% เกรดนี้เป็นการประนีประนอมระหว่างความง่ายในการเชื่อมและการผลิตของเกรด "บริสุทธิ์" กับความแข็งแรงสูงของเกรด 5 นิยมใช้ในท่อไฮดรอลิกของเครื่องบินและอุปกรณ์กีฬา

ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 11

ประกอบด้วยแพลเลเดียม 0.12 ถึง 0.25% เกรดนี้มีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีขึ้น^{[ 23 ]}

ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6

ประกอบด้วยโมลิบเดนัม 0.3% และนิกเกล 0.8% โลหะผสมนี้มีคุณสมบัติในการเชื่อมที่ดีเยี่ยม^{[ 23 ]}

ระดับชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 13, 14 และ 15

ทั้งหมดมีส่วนประกอบของนิกเกล 0.5% และรูทีเนียม 0.05 %

เกรด 16 และ 16H

ประกอบด้วยแพลเลเดียม 0.04 ถึง 0.08% เกรดนี้มีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีขึ้น^{[ 24 ]}

เกรด 17

ประกอบด้วยแพลเลเดียม 0.04 ถึง 0.08% เกรดนี้มีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีขึ้น^{[ 24 ]}

เกรด 18

ประกอบด้วยอะลูมิเนียม 3%, วานาเดียม 2.5% และแพลเลเดียม 0.04 ถึง 0.08% เกรดนี้มีคุณสมบัติทางกลเหมือนกับเกรด 9 ทุกประการ แพลเลเดียมที่เพิ่มเข้ามาทำให้มีความต้านทานการกัดกร่อนเพิ่มขึ้น^{[ 24 ]}

เกรด 19

ประกอบด้วยอะลูมิเนียม 3%, วานาเดียม 8%, โครเมียม 6%, เซอร์โคเนียม 4% และโมลิบเดนัม 4%

เกรด 20

ประกอบด้วยอะลูมิเนียม 3%, วานาเดียม 8%, โครเมียม 6%, เซอร์โคเนียม 4%, โมลิบเดนัม 4% และแพลเลเดียม 0.04% ถึง 0.08%

เกรด 21

ประกอบด้วยโมลิบเดนัม 15%, อะลูมิเนียม 3%, ไนโอเบียม 2.7% และซิลิคอน 0.25%

เกรด 23

เรียกอีกอย่างว่า Ti-6Al-4V-ELI หรือ TAV-ELI

ประกอบด้วยอะลูมิเนียม 6%, วานาเดียม 4%, ออกซิเจน 0.13% (สูงสุด) ELI ย่อมาจาก "extra low interstitial" (ธาตุแทรกซึมต่ำพิเศษ) การลดธาตุแทรกซึม เช่นออกซิเจนและเหล็กช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นและความทนทานต่อการแตกหัก โดยความแข็งแรงจะลดลงเล็กน้อย^{[ 23 ]} TAV-ELI เป็นโลหะผสมไทเทเนียมเกรดสำหรับการปลูกถ่าย ทางการแพทย์ที่ใช้กันทั่วไป ^{[ 23 ] [ 25 ]}เนื่องจากมีความเข้ากันได้ทางชีวภาพสูง ทนต่อการกัดกร่อน ทนต่อความล้า และมีโมดูลัสความยืดหยุ่น ต่ำ ซึ่งใกล้เคียงกับกระดูกมนุษย์ TAV-ELI จึงเป็นโลหะผสมไทเทเนียมเกรดสำหรับการปลูกถ่ายทางการแพทย์ที่ใช้กันทั่วไป^{[ 26 ] [ 27 ]}

ข้อกำหนดมาตรฐาน Ti-6Al-4V-ELI ประกอบด้วย: ^{[ 25 ]}

• AMS: 4907, 4930, 6932, T9046, T9047
• ASTM: B265, B348, F136
• MIL: T9046 T9047

เกรด 24

ประกอบด้วยอะลูมิเนียม 6%, วานาเดียม 4% และแพลเลเดียม 0.04% ถึง 0.08%

เกรด 25

ประกอบด้วยอะลูมิเนียม 6%, วานาเดียม 4%, นิกเกล 0.3% ถึง 0.8% และแพลเลเดียม 0.04% ถึง 0.08%

เกรด 26, 26H และ 27

ทั้งหมดมีรูทีเนียมเป็นส่วนประกอบ 0.08 ถึง 0.14%

เกรด 28

ประกอบด้วยอะลูมิเนียม 3%, วานาเดียม 2.5% และรูทีเนียม 0.08 ถึง 0.14%

เกรด 29

ประกอบด้วยอะลูมิเนียม 6%, วานาเดียม 4% และรูทีเนียม 0.08 ถึง 0.14%

ระดับชั้น 30 และ 31

ประกอบด้วยโคบอลต์ 0.3% และแพลเลเดียม 0.05%

เกรด 32

ประกอบด้วยอะลูมิเนียม 5%, ดีบุก 1%, เซอร์โคเนียม 1%, วานาเดียม 1% และโมลิบเดนัม 0.8%

ระดับชั้น 33 และ 34

ประกอบด้วยนิกเกล 0.4%, แพลเลเดียม 0.015%, รูทีเนียม 0.025% และโครเมียม 0.15% ทั้งสองเกรดเหมือนกันทุกประการ ยกเว้นความแตกต่างเล็กน้อยในปริมาณออกซิเจนและไนโตรเจน^{[ 24 ]}เกรดเหล่านี้มีแพลเลเดียมน้อยกว่าเกรด 7 ถึง 6 ถึง 25 เท่า จึงมีต้นทุนต่ำกว่า แต่มีประสิทธิภาพในการต้านทานการกัดกร่อนที่คล้ายคลึงกันเนื่องจากมีการเพิ่มรูทีเนียมเข้าไป^{[ 28 ]}

เกรด 35

ประกอบด้วยอะลูมิเนียม 4.5%, โมลิบเดนัม 2%, วานาเดียม 1.6%, เหล็ก 0.5% และซิลิคอน 0.3%

เกรด 36

มีส่วนประกอบของไนโอเบียม 45%

เกรด 37

มีส่วนผสมของอะลูมิเนียม 1.5%

เกรด 38

ประกอบด้วยอะลูมิเนียม 4%, วานาเดียม 2.5% และเหล็ก 1.5% เกรดนี้ได้รับการพัฒนาในช่วงทศวรรษ 1990 เพื่อใช้เป็นแผ่นเกราะ เหล็กช่วยลดปริมาณวานาเดียมที่จำเป็นในฐานะสารทำให้เสถียรเบต้า คุณสมบัติทางกลของมันคล้ายกับเกรด 5 มาก แต่สามารถขึ้นรูปเย็นได้ดี คล้ายกับเกรด 9 ^{[ 29 ]}

โลหะผสมไทเทเนียมได้รับการอบชุบด้วยความร้อนด้วยเหตุผลหลายประการ โดยเหตุผลหลักคือเพื่อเพิ่มความแข็งแรงด้วยการอบชุบและการบ่ม รวมถึงการปรับปรุงคุณสมบัติพิเศษต่างๆ เช่น ความทนทานต่อการแตกหัก ความแข็งแรงต่อความล้า และความแข็งแรงต่อการคืบตัวที่อุณหภูมิสูง

โลหะผสมอัลฟาและใกล้อัลฟาไม่สามารถเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติได้อย่างมากด้วยการอบชุบความร้อน กระบวนการคลายความเครียดและการอบอ่อนเป็นกระบวนการที่สามารถนำมาใช้กับโลหะผสมไทเทเนียมประเภทนี้ได้ วงจรการอบชุบความร้อนสำหรับโลหะผสมเบตาแตกต่างอย่างมากจากโลหะผสมอัลฟาและอัลฟา-เบตา โลหะผสมเบตาไม่เพียงแต่สามารถคลายความเครียดหรืออบอ่อนได้เท่านั้น แต่ยังสามารถอบชุบด้วยสารละลายและบ่มได้อีกด้วย โลหะผสมอัลฟา-เบตาเป็นโลหะผสมสองเฟส ประกอบด้วยทั้งเฟสอัลฟาและเบตาที่อุณหภูมิห้อง องค์ประกอบเฟส ขนาด และการกระจายตัวของเฟสในโลหะผสมอัลฟา-เบตาสามารถปรับเปลี่ยนได้ภายในขอบเขตที่กำหนดโดยการอบชุบความร้อน จึงทำให้สามารถปรับแต่งคุณสมบัติได้

โลหะผสมอัลฟาและใกล้อัลฟา

โครงสร้างจุลภาคของโลหะผสมอัลฟาไม่สามารถปรับเปลี่ยนได้อย่างมากด้วยการอบชุบความร้อน เนื่องจากโลหะผสมอัลฟาไม่มีการเปลี่ยนแปลงเฟสอย่างมีนัยสำคัญ ส่งผลให้ไม่สามารถเพิ่มความแข็งแรงสูงให้กับโลหะผสมอัลฟาได้ด้วยการอบชุบความร้อน อย่างไรก็ตาม โลหะผสมไทเทเนียมอัลฟาและใกล้เคียงอัลฟาสามารถลดความเค้นและอบอ่อนได้

โลหะผสมอัลฟา-เบตา

โดยการทำงานและการอบชุบความร้อนของโลหะผสมอัลฟา-เบตาที่อุณหภูมิต่ำกว่าหรือสูงกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะอัลฟา-เบตา สามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาคขนาดใหญ่ได้ ซึ่งอาจทำให้วัสดุมีความแข็งมากขึ้น การอบชุบด้วยสารละลายร่วมกับการบ่มใช้ในการผลิตโลหะผสมอัลฟา-เบตาเพื่อให้ได้ความแข็งแรงสูงสุด นอกจากนี้ ยังมีการอบชุบความร้อนอื่นๆ รวมถึงการอบชุบความร้อนเพื่อลดความเค้น สำหรับโลหะผสมไทเทเนียมกลุ่มนี้ด้วย

โลหะผสมเบต้า

ในโลหะผสมเบต้าเชิงพาณิชย์ สามารถนำกระบวนการคลายความเครียดและการอบชุบความร้อนมาใช้ร่วมกันได้

ไทเทเนียมถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมการบินเป็นประจำเนื่องจากทนต่อการกัดกร่อนและความร้อน และมีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูง โลหะผสมไทเทเนียมโดยทั่วไปจะแข็งแรงกว่าโลหะผสมอะลูมิเนียมและเบากว่าเหล็กกล้ามีการใช้ในโครงการอพอลโลและโครงการเมอร์คิวรีใน ยุคแรก ^{[ 30 ]}

โลหะผสม Ti-3Al-2.5V ซึ่งประกอบด้วยอะลูมิเนียม 3% และวานาเดียม 2.5% ได้รับการออกแบบมาสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำ โดยยังคงรักษาความเหนียวและความยืดหยุ่น สูง แม้ใน สภาวะ เยือกแข็งในอวกาศ^{[ 31 ]}ใช้ในส่วนประกอบด้านการบินและอวกาศ เช่น โครงเครื่องบินและล้อลงจอด^{[ 32 ]}

โลหะผสมไทเทเนียมถูกนำมาใช้ในงานสถาปัตยกรรมบ้างเป็นครั้งคราว เช่น ในการหุ้มอาคารพิพิธภัณฑ์กุกเกนไฮม์ซึ่งมีแฟรงค์ เกห์รีเป็น สถาปนิก

โลหะผสมไทเทเนียมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตข้อต่อเทียมโลหะและแผ่นกระดูกสำหรับการผ่าตัด โดยปกติแล้วจะผลิตจากแท่งโลหะขึ้นรูปหรือหล่อด้วยเครื่องจักร CNC , การตัดเฉือนด้วย CADหรือ การผลิต ด้วยผงโลหะแต่ละเทคนิคมีข้อดีและข้อเสียในตัว ผลิตภัณฑ์ขึ้นรูปจะมีการสูญเสียวัสดุอย่างมากในระหว่างการตัดเฉือนเพื่อให้ได้รูปทรงสุดท้ายของผลิตภัณฑ์ และสำหรับตัวอย่างที่หล่อ การได้ผลิตภัณฑ์ในรูปทรงสุดท้ายจะจำกัดการประมวลผลและการบำบัดเพิ่มเติม (เช่นการชุบแข็งแบบตกตะกอน ) แต่การหล่อมีประสิทธิภาพด้านวัสดุมากกว่า วิธีการผงโลหะแบบดั้งเดิมก็มีประสิทธิภาพด้านวัสดุมากกว่าเช่นกัน แต่การได้ผลิตภัณฑ์ที่มีความหนาแน่นเต็มที่อาจเป็นปัญหาทั่วไป^{[ 33 ]}

ด้วยการเกิดขึ้นของการผลิตแบบอิสระ ( การพิมพ์ 3 มิติ ) ทำให้สามารถผลิตวัสดุปลูกถ่ายทางการแพทย์ที่ออกแบบเองได้ (เช่น ข้อต่อสะโพก) การทดสอบแสดงให้เห็นว่ามีความแข็งแรงกว่าโลหะผสมที่แข็งแรงที่สุดที่มีความหนาแน่นใกล้เคียงกันที่ใช้ในงานด้านอวกาศถึง 50% ^{[ 34 ]}แม้ว่าจะยังไม่ได้นำไปใช้ในวงกว้างในปัจจุบัน แต่กรรมวิธีการผลิตแบบอิสระช่วยให้สามารถรีไซเคิลผงของเสีย (จากกระบวนการผลิต) และทำให้สามารถปรับแต่งคุณสมบัติที่ต้องการได้อย่างเลือกสรร ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพของวัสดุปลูกถ่ายการหลอมด้วยลำแสงอิเล็กตรอน (EBM) และการหลอมด้วยเลเซอร์แบบเลือก (SLM) เป็นสองวิธีที่ใช้ได้กับการผลิตโลหะผสมไทเทเนียมแบบอิสระ พารามิเตอร์การผลิตมีอิทธิพลอย่างมากต่อโครงสร้างจุลภาคของผลิตภัณฑ์ เช่น อัตราการเย็นตัวอย่างรวดเร็วร่วมกับระดับการหลอมที่ต่ำใน SLM นำไปสู่การก่อตัวของเฟสอัลฟาไพรม์มาร์เทนซิติกเป็นหลัก ทำให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่แข็งมาก^{[ 33 ]}

ไท-6Al-4V / ไท-6Al-4V-ELI

โลหะผสมนี้มีความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดี และไม่เป็นพิษต่อเซลล์หรือก่อให้เกิดการกลายพันธุ์^{[ 35 ]} Ti-6Al-4V ประสบปัญหาความแข็งแรงในการเฉือนต่ำและคุณสมบัติการสึกหรอของพื้นผิวที่ไม่ดีภายใต้เงื่อนไขการรับน้ำหนักบางอย่าง: ^{[ 19 ]}

ความเข้ากันได้ทางชีวภาพ : ดีเยี่ยม โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อต้องการสัมผัสโดยตรงกับเนื้อเยื่อหรือกระดูก ความแข็งแรงในการเฉือนต่ำของ Ti-6Al-4V ทำให้ไม่เหมาะสมสำหรับสกรูหรือแผ่นกระดูก นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติการสึกหรอของพื้นผิวที่ไม่ดีและมีแนวโน้มที่จะติดขัดเมื่อสัมผัสแบบเลื่อนกับตัวเองและโลหะอื่น การบำบัดพื้นผิว เช่น การไนไตรดิ้งและการออกซิเดชั่นสามารถปรับปรุงคุณสมบัติการสึกหรอของพื้นผิวได้^{[ 19 ]}

ไท-6อัล-7เอ็นบี

โลหะผสมนี้ได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อใช้ทดแทน Ti-6Al-4V ในด้านชีวการแพทย์ เนื่องจาก Ti-6Al-4V มีวาเนเดียม ซึ่งเป็นธาตุที่แสดงผลลัพธ์ที่เป็นพิษต่อเซลล์เมื่อแยกออกมา^{[ 36 ] : 1} Ti-6Al-7Nb ประกอบด้วยอะลูมิเนียม 6% และไนโอเบียม 7% ^{[ 36 ] : 18}

Ti6Al7Nb เป็นโลหะผสมไทเทเนียมที่มีความแข็งแรงสูงโดยเฉพาะและมีความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดีเยี่ยมสำหรับการปลูกถ่ายทางการผ่าตัด ใช้สำหรับการเปลี่ยนข้อสะโพก และมีการใช้งานทางคลินิกมาตั้งแต่ต้นปี 1986 ^{[ 37 ]}

โลหะผสมไทเทเนียมถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์เนื่องจากคุณสมบัติที่โดดเด่น การใช้งานที่สำคัญ ได้แก่ ชิ้นส่วนเครื่องยนต์ เช่นวาล์วและก้านสูบระบบไอเสีย สปริงช่วงล่าง และตัวยึด^{[ 38 ] [ 39 ]}โลหะผสมเหล่านี้ช่วยลดน้ำหนักของรถยนต์ ส่งผลให้ประหยัดน้ำมันและมีสมรรถนะ ที่ดีขึ้น ^{[ 40 ]} นอกจากนี้ ความทนทานและความต้านทานต่อการกัดกร่อนของไทเทเนียมยังช่วยยืดอายุการใช้งานของชิ้นส่วนยานยนต์ อย่างไรก็ตาม ต้นทุนที่สูงและความซับซ้อนในการผลิตของไทเทเนียมจำกัดการใช้งานส่วนใหญ่ไว้เฉพาะรถยนต์สมรรถนะสูงและรถยนต์หรู^{[ 41 ]}

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับโลหะผสมไทเทเนียม

• ผลิตภัณฑ์ป้องกันประเทศตามมาตรฐานทางทหารแบบสั่งทำพิเศษ
• เอกสารข้อมูลจำเพาะสำหรับเบต้าไทเทเนียม
• แท่งโลหะผสมไทเทเนียม
• เสถียรภาพของเฟสและการเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากความเค้นในโลหะผสมไทเทเนียมเบต้า
• โลหะผสมไทเทเนียมและประเภทของโลหะผสมไทเทเนียม