Технологічні особливості одержання сплавів та лігатур системи TI–ZR–NB–SN в умовах електронно-променевої ливарної технології
УДК 669.295:621.9.048 Electron beam casting technology is a unique method for obtaining cast products and semi-finished products from a wide range of titanium alloys. This technology can be very promissing in production of biocompatible titanium alloys for endoprosthesis. A particularly difficult an...
Збережено в:
| Дата: | 2023 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
National Academy of Sciences of Ukraine, Physical-Technological Institute of Metals and Alloys of NAS of Ukraine
2023
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://plit-periodical.org.ua/index.php/plit/article/view/technological-features-obtaining-alloys-and-master-alloys-ti-zr- |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Casting Processes |
Репозитарії
Casting Processes| id |
oai:ojs2.localhost:article-37 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Casting Processes |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2023-05-31T05:03:28Z |
| collection |
OJS |
| language |
Ukrainian |
| topic |
медичні титанові сплави ливарне виробництво Ti-Zr-Nb-Sn електронно-променева ливарна технологія |
| spellingShingle |
медичні титанові сплави ливарне виробництво Ti-Zr-Nb-Sn електронно-променева ливарна технологія Ворон, М. М. Шваб, С. Л. Селін, Р. В. Технологічні особливості одержання сплавів та лігатур системи TI–ZR–NB–SN в умовах електронно-променевої ливарної технології |
| topic_facet |
медичні титанові сплави ливарне виробництво Ti-Zr-Nb-Sn електронно-променева ливарна технологія titanium alloys for endoprosthesis foundry production Ti-Zr-Nb-Sn electron-beam casting technology |
| format |
Article |
| author |
Ворон, М. М. Шваб, С. Л. Селін, Р. В. |
| author_facet |
Ворон, М. М. Шваб, С. Л. Селін, Р. В. |
| author_sort |
Ворон, М. М. |
| title |
Технологічні особливості одержання сплавів та лігатур системи TI–ZR–NB–SN в умовах електронно-променевої ливарної технології |
| title_short |
Технологічні особливості одержання сплавів та лігатур системи TI–ZR–NB–SN в умовах електронно-променевої ливарної технології |
| title_full |
Технологічні особливості одержання сплавів та лігатур системи TI–ZR–NB–SN в умовах електронно-променевої ливарної технології |
| title_fullStr |
Технологічні особливості одержання сплавів та лігатур системи TI–ZR–NB–SN в умовах електронно-променевої ливарної технології |
| title_full_unstemmed |
Технологічні особливості одержання сплавів та лігатур системи TI–ZR–NB–SN в умовах електронно-променевої ливарної технології |
| title_sort |
технологічні особливості одержання сплавів та лігатур системи ti–zr–nb–sn в умовах електронно-променевої ливарної технології |
| title_alt |
Technological features of obtaining alloys and master-alloys of TI-ZR-NB-SN system in the conditions of electron beam casting technology |
| description |
УДК 669.295:621.9.048
Electron beam casting technology is a unique method for obtaining cast products and semi-finished products from a wide range of titanium alloys. This technology can be very promissing in production of biocompatible titanium alloys for endoprosthesis. A particularly difficult and important task in this context is preparation of Ti-Zr-Nb-Sn system alloys with high strength and low modulus of elasticity. As a result of experimental development of specified alloys melt preparation technological modes, possibility of obtaining complex titanium alloys with a high content of zirconium and niobium was shown. It is also determined, that when the niobium content in the charge is more than 30 % wt. there is a decrease in the concentration of titanium and zirconium in the melt due to their freezing on the walls of the skull. As a result, there is a change in the chemical composition of the melt, the amount of niobium in which can exceed 50 % wt. Maximum amount of tin that can be assimilated in titanium-based melts under EBCT conditions is 5 % wt., and niobium-based melts are twice less. It has been proven that obtaining melts of Ti-Zr-Nb-Sn system with a precise chemical composition, using the chosen method, is a difficult and still unsolved problem, but due to the possibility of melting alloys with a high content of niobium and zirconium in its conditions, this method is effective in the production of master alloys and ingots for the production of powders used as raw materials for additive tmanufacturing.
References
1. Wang K. The use of titanium for medical applications in USA. (1996). Material Science and Engeneering. Vol. 213, pp. 134–137. https://doi.org/10.1016/0921-5093(96)10243-42. Silva H.M., Schnedek S.G., Neto C.M. (2004). Study of nontoxic aluminum and vanadiumfree titanium alloys for biomedical applications. Materials Science and Engeneering C. No 24 (5), pp. 679–682. https://doi.org/10.1016/j.msec.2004.08.0513. Niinomi M. (1999). Recent titanium R&D for biomedical applications in Japan. JOM. Vol. 51, pp. 32–34. https://doi.org/10.1007/s11837-999-0091-x4. Niinomi M. (2008). Mechanical biocompatibilities of titanium alloys for biomedical applications. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. Vol. 1, Issue 1, рp. 30–42. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2007.07.0015. Yoshimitsu O., Yoshimasa I., Atsuo I., Tetsuya T. (1993). Effect of alloying elements on mechanical properties of titanium alloys for medical implants. Materials transactions JIM. Vol 34(12), pp. 1217–1222. https://doi.org/10.2320/matertrans1989.34.12176. Shneider S., Shneider S.G., Silva H.M., Moura Neto C. (2005). Study of the Non-Linear Stress-Strain Behavior in Ti-Nb-Zr Alloys. Materials Research. Vol. 8(4), pp. 435–438. https://doi.org/10.1590/S1516-143920050004000137. Moshin T. M., Zahid A. K., Arshad N. S. (2014). Beta Titanium Alloys: The Lowest Elastic Modulusfor Biomedical Applications: A Review. International Journal of Chemical, Nuclear, Metallurgical and Materials Engineering. Vol:8(8), pp. 726–731.8. Zhang L.C., Klemm D., Eckert J., Hao Y.L., Sercombe T.B. (2011). Manufacture by selective laser melting and mechanical behavior of a biomedical Ti-24Nb-4Zr-8Sn alloy. Scripta Materialia. Vol. 65, рр. 21–24 https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2011.03.0249. Meng Q., Zhang J., Huo Y., Sui Y., Guo S., Zhao X. (2018). Design of low modulus beta-type titanium alloys by tuning shear modulus C44. Journal of Alloys and Compounds. Vol. 745, pp. 579–585. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.02.25910. Titanium: a technical guide, 2nd edition / Ed. by Metthew J., Donachie Jr. Winchester, USA: ASM International, 2000. 380 p.11. S. Ladokhin et al. Features of Obtaining Titanium Alloys of Ti−Al−Si−Zr−Mo−Nb−Sn System under Conditions of Electron-Beam Foundry Technology. Casting processes. 2020. Vol. 140 (2), pp. 8–14. https://doi.org/10.15407/plit2020.02.00812. P. Kaliuzhnyi , M. Voron, O. Mykhnian, A. Tymoshenko, O. Neima, O. Iangol. (2021). Interaction of titanium with ceramic molds in the conditions of electron beam casting technology. Archives of Foundry Engineering. Vol. 21 (3), pp. 27–32. https://doi.org/10.24425/afe.2021.13610913. Prilutsky V. P., Akhonin S. V., Schwab S. L., Petrychenko I. K. (2018). Effect of Heat Treatment on the Structure and Properties of Titanium Alloy VT22 Welded Joints Produced by TIGWelding with Flux-Cored Wire. Materials Science Forum. Vol. 927, рр. 119–125. https:// doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.927.119 |
| publisher |
National Academy of Sciences of Ukraine, Physical-Technological Institute of Metals and Alloys of NAS of Ukraine |
| publishDate |
2023 |
| url |
https://plit-periodical.org.ua/index.php/plit/article/view/technological-features-obtaining-alloys-and-master-alloys-ti-zr- |
| work_keys_str_mv |
AT voronmm technologicalfeaturesofobtainingalloysandmasteralloysoftizrnbsnsystemintheconditionsofelectronbeamcastingtechnology AT švabsl technologicalfeaturesofobtainingalloysandmasteralloysoftizrnbsnsystemintheconditionsofelectronbeamcastingtechnology AT selínrv technologicalfeaturesofobtainingalloysandmasteralloysoftizrnbsnsystemintheconditionsofelectronbeamcastingtechnology AT voronmm tehnologíčníosoblivostíoderžannâsplavívtalígatursistemitizrnbsnvumovahelektronnopromenevoílivarnoítehnologíí AT švabsl tehnologíčníosoblivostíoderžannâsplavívtalígatursistemitizrnbsnvumovahelektronnopromenevoílivarnoítehnologíí AT selínrv tehnologíčníosoblivostíoderžannâsplavívtalígatursistemitizrnbsnvumovahelektronnopromenevoílivarnoítehnologíí |
| first_indexed |
2025-09-24T17:42:37Z |
| last_indexed |
2025-09-24T17:42:37Z |
| _version_ |
1850424280472354816 |
| spelling |
oai:ojs2.localhost:article-372023-05-31T05:03:28Z Technological features of obtaining alloys and master-alloys of TI-ZR-NB-SN system in the conditions of electron beam casting technology Технологічні особливості одержання сплавів та лігатур системи TI–ZR–NB–SN в умовах електронно-променевої ливарної технології Ворон, М. М. Шваб, С. Л. Селін, Р. В. медичні титанові сплави ливарне виробництво Ti-Zr-Nb-Sn електронно-променева ливарна технологія titanium alloys for endoprosthesis foundry production Ti-Zr-Nb-Sn electron-beam casting technology УДК 669.295:621.9.048 Electron beam casting technology is a unique method for obtaining cast products and semi-finished products from a wide range of titanium alloys. This technology can be very promissing in production of biocompatible titanium alloys for endoprosthesis. A particularly difficult and important task in this context is preparation of Ti-Zr-Nb-Sn system alloys with high strength and low modulus of elasticity. As a result of experimental development of specified alloys melt preparation technological modes, possibility of obtaining complex titanium alloys with a high content of zirconium and niobium was shown. It is also determined, that when the niobium content in the charge is more than 30 % wt. there is a decrease in the concentration of titanium and zirconium in the melt due to their freezing on the walls of the skull. As a result, there is a change in the chemical composition of the melt, the amount of niobium in which can exceed 50 % wt. Maximum amount of tin that can be assimilated in titanium-based melts under EBCT conditions is 5 % wt., and niobium-based melts are twice less. It has been proven that obtaining melts of Ti-Zr-Nb-Sn system with a precise chemical composition, using the chosen method, is a difficult and still unsolved problem, but due to the possibility of melting alloys with a high content of niobium and zirconium in its conditions, this method is effective in the production of master alloys and ingots for the production of powders used as raw materials for additive tmanufacturing. References 1. Wang K. The use of titanium for medical applications in USA. (1996). Material Science and Engeneering. Vol. 213, pp. 134–137. https://doi.org/10.1016/0921-5093(96)10243-42. Silva H.M., Schnedek S.G., Neto C.M. (2004). Study of nontoxic aluminum and vanadiumfree titanium alloys for biomedical applications. Materials Science and Engeneering C. No 24 (5), pp. 679–682. https://doi.org/10.1016/j.msec.2004.08.0513. Niinomi M. (1999). Recent titanium R&D for biomedical applications in Japan. JOM. Vol. 51, pp. 32–34. https://doi.org/10.1007/s11837-999-0091-x4. Niinomi M. (2008). Mechanical biocompatibilities of titanium alloys for biomedical applications. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. Vol. 1, Issue 1, рp. 30–42. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2007.07.0015. Yoshimitsu O., Yoshimasa I., Atsuo I., Tetsuya T. (1993). Effect of alloying elements on mechanical properties of titanium alloys for medical implants. Materials transactions JIM. Vol 34(12), pp. 1217–1222. https://doi.org/10.2320/matertrans1989.34.12176. Shneider S., Shneider S.G., Silva H.M., Moura Neto C. (2005). Study of the Non-Linear Stress-Strain Behavior in Ti-Nb-Zr Alloys. Materials Research. Vol. 8(4), pp. 435–438. https://doi.org/10.1590/S1516-143920050004000137. Moshin T. M., Zahid A. K., Arshad N. S. (2014). Beta Titanium Alloys: The Lowest Elastic Modulusfor Biomedical Applications: A Review. International Journal of Chemical, Nuclear, Metallurgical and Materials Engineering. Vol:8(8), pp. 726–731.8. Zhang L.C., Klemm D., Eckert J., Hao Y.L., Sercombe T.B. (2011). Manufacture by selective laser melting and mechanical behavior of a biomedical Ti-24Nb-4Zr-8Sn alloy. Scripta Materialia. Vol. 65, рр. 21–24 https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2011.03.0249. Meng Q., Zhang J., Huo Y., Sui Y., Guo S., Zhao X. (2018). Design of low modulus beta-type titanium alloys by tuning shear modulus C44. Journal of Alloys and Compounds. Vol. 745, pp. 579–585. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.02.25910. Titanium: a technical guide, 2nd edition / Ed. by Metthew J., Donachie Jr. Winchester, USA: ASM International, 2000. 380 p.11. S. Ladokhin et al. Features of Obtaining Titanium Alloys of Ti−Al−Si−Zr−Mo−Nb−Sn System under Conditions of Electron-Beam Foundry Technology. Casting processes. 2020. Vol. 140 (2), pp. 8–14. https://doi.org/10.15407/plit2020.02.00812. P. Kaliuzhnyi , M. Voron, O. Mykhnian, A. Tymoshenko, O. Neima, O. Iangol. (2021). Interaction of titanium with ceramic molds in the conditions of electron beam casting technology. Archives of Foundry Engineering. Vol. 21 (3), pp. 27–32. https://doi.org/10.24425/afe.2021.13610913. Prilutsky V. P., Akhonin S. V., Schwab S. L., Petrychenko I. K. (2018). Effect of Heat Treatment on the Structure and Properties of Titanium Alloy VT22 Welded Joints Produced by TIGWelding with Flux-Cored Wire. Materials Science Forum. Vol. 927, рр. 119–125. https:// doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.927.119 УДК 669.295:621.9.048 Електронно-променева ливарна технологія є унікальним методом для одержання литих виробів та напівфабрикатів з широкого ряду титанових сплавів. Великий інтерес дана технологія може представляти при одержанні сплавів для ендопротезування. Особливо складною та важливою задачею в цьому контексті є виплавка сплавів системи Ti-Zr-Nb-Sn з високою міцністю та низьким модулем пружності. В результаті експериментального відпрацювання технологічних режимів виплавки вказаних сплавів було встановлено можливість одержання складнолегованих титанових сплавів з високим вмістом цирконію та ніобію. Показано, що при вмісті ніобію в шихті більше 30 %мас. відбувається зменшення концентрації титану і цирконію в розплаві через їх наморожування на стінках гарнісажу. В результаті відбувається зміна хімічного складу розплаву, кількість ніобію в якому може перевищувати 50 %мас. Максимальна кількість олова, яка може бути засвоєна в розплавах на основі титану в умовах ЕПЛТ складає 5 %мас., а на основі ніобію – вдвічі менше. Доведено, що одержання розплавів системи Ti-Zr-Nb-Sn точного хімічного складу за допомогою обраного способу є складною ідосі невирішеною задачею, але завдяки можливості виплавки її в умовах сплавів з високим вмістом ніобію та цирконію, даний метод є ефективним у виробництві лігатур і заготовок для одержання порошків, що використовуються в якості сировини для адитивних технологій. Список літератури 1. Wang K. The use of titanium for medical applications in USA. (1996). Material Science and Engeneering. Vol. 213, pp. 134–137. https://doi.org/10.1016/0921-5093(96)10243-42. Silva H.M., Schnedek S.G., Neto C.M. (2004). Study of nontoxic aluminum and vanadiumfree titanium alloys for biomedical applications. Materials Science and Engeneering C. No 24 (5), pp. 679–682. https://doi.org/10.1016/j.msec.2004.08.0513. Niinomi M. (1999). Recent titanium R&D for biomedical applications in Japan. JOM. Vol. 51, pp. 32–34. https://doi.org/10.1007/s11837-999-0091-x4. Niinomi M. (2008). Mechanical biocompatibilities of titanium alloys for biomedical applications. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. Vol. 1, Issue 1, рp. 30–42. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2007.07.0015. Yoshimitsu O., Yoshimasa I., Atsuo I., Tetsuya T. (1993). Effect of alloying elements on mechanical properties of titanium alloys for medical implants. Materials transactions JIM. Vol 34(12), pp. 1217–1222. https://doi.org/10.2320/matertrans1989.34.12176. Shneider S., Shneider S.G., Silva H.M., Moura Neto C. (2005). Study of the Non-Linear Stress-Strain Behavior in Ti-Nb-Zr Alloys. Materials Research. Vol. 8(4), pp. 435–438. https://doi.org/10.1590/S1516-143920050004000137. Moshin T. M., Zahid A. K., Arshad N. S. (2014). Beta Titanium Alloys: The Lowest Elastic Modulusfor Biomedical Applications: A Review. International Journal of Chemical, Nuclear, Metallurgical and Materials Engineering. Vol:8(8), pp. 726–731.8. Zhang L.C., Klemm D., Eckert J., Hao Y.L., Sercombe T.B. (2011). Manufacture by selective laser melting and mechanical behavior of a biomedical Ti-24Nb-4Zr-8Sn alloy. Scripta Materialia. Vol. 65, рр. 21–24 https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2011.03.0249. Meng Q., Zhang J., Huo Y., Sui Y., Guo S., Zhao X. (2018). Design of low modulus beta-type titanium alloys by tuning shear modulus C44. Journal of Alloys and Compounds. Vol. 745, pp. 579–585. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.02.25910. Titanium: a technical guide, 2nd edition / Ed. by Metthew J., Donachie Jr. Winchester, USA: ASM International, 2000. 380 p.11. S. Ladokhin et al. Features of Obtaining Titanium Alloys of Ti−Al−Si−Zr−Mo−Nb−Sn System under Conditions of Electron-Beam Foundry Technology. Casting processes. 2020. Vol. 140 (2), pp. 8–14. https://doi.org/10.15407/plit2020.02.00812. P. Kaliuzhnyi , M. Voron, O. Mykhnian, A. Tymoshenko, O. Neima, O. Iangol. (2021). Interaction of titanium with ceramic molds in the conditions of electron beam casting technology. Archives of Foundry Engineering. Vol. 21 (3), pp. 27–32. https://doi.org/10.24425/afe.2021.13610913. Prilutsky V. P., Akhonin S. V., Schwab S. L., Petrychenko I. K. (2018). Effect of Heat Treatment on the Structure and Properties of Titanium Alloy VT22 Welded Joints Produced by TIGWelding with Flux-Cored Wire. Materials Science Forum. Vol. 927, рр. 119–125. https:// doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.927.119 National Academy of Sciences of Ukraine, Physical-Technological Institute of Metals and Alloys of NAS of Ukraine 2023-05-29 Article Article application/pdf https://plit-periodical.org.ua/index.php/plit/article/view/technological-features-obtaining-alloys-and-master-alloys-ti-zr- 10.15407/plit2022.04.028 Casting processes; Casting processes №4 (150) 2022 Процеси лиття; Процеси лиття №4 (150) 2022 2707-1626 0235-5884 uk https://plit-periodical.org.ua/index.php/plit/article/view/technological-features-obtaining-alloys-and-master-alloys-ti-zr-/39 Авторське право (c) 2023 М. М. Ворон, С. Л. Шваб, Р. В. Селін https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ |