מוט טיטניום דרגה 23 Ti-6Al-4V ELI לשתלים רפואיים
Oct 22, 2025
מהו דרגה 23 Ti-6Al-4V ELI?
טיטניום דרגה 23, המכונה Ti-6Al-4V ELI, היא גרסת הביניים-הנמוכה במיוחד של דרגה 5 (Ti-6Al-4V). האותיות ELI אומרות שהיסודות הביניים - חמצן, פחמן, חנקן ומימן - מוחזקים במקסימום נמוך משמעותית מאשר בדרגה 5 סטנדרטית. מכיוון שחברי ביניים מפוררים טיטניום, הורדתם משפרת את המשיכות, קשיחות השברים ועמידות בפני עייפות. השילוב הזה של חוזק גבוה וקשיחות גבוהה הוא בדיוק מה ששתל כירורגי נושא עומס צריך, וזו הסיבה שדרגה 23 היא החומר הדומיננטי עבור השתלות אורטופדיות ועמוד השדרה ברחבי העולם. המפרטים השולטים שלו הם ASTM F136 ו-ISO 5832-3.
גבולות ההרכב הכימי
לפי ASTM F136, ההרכב של מוט דרגה 23 נשלט באופן הבא (איזון טיטניום):
| אֵלֵמֶנט | גבול דרגה 23 (Ti-6Al-4V ELI). | גבול דרגה 5 (סטנדרטי Ti-6Al-4V). |
|---|---|---|
| אלומיניום (אל) | 5.50-6.50% | 5.50-6.75% |
| ונדיום (V) | 3.50-4.50% | 3.50-4.50% |
| ברזל (Fe) | פחות או שווה ל-0.25% | פחות או שווה ל-0.40% |
| חמצן (O) | פחות או שווה ל-0.13% | פחות או שווה ל-0.20% |
| פחמן (C) | פחות או שווה ל-0.08% | פחות או שווה ל-0.08% |
| חנקן (N) | פחות או שווה ל-0.05% | פחות או שווה ל-0.05% |
| מימן (H) | פחות או שווה ל-0.012% | פחות או שווה ל-0.015% |
בקרת החמצן ההדוקה היא התכונה המגדירה של דרגת ה-ELI: כל 0.1% של חמצן מעלה את החוזק אך מפחיתה בחדות את קשיחות השברים, והשתלים חייבים לסבול עשרות שנים של עומס מחזורי ללא צמיחת סדק.
מאפיינים מכניים של מוט דרגה 23
במצב חישול, ASTM F136 דורש תכונות מתיחה מינימליות של חוזק מתיחה אולטימטיבי של 860 MPa, חוזק תפוקה של 795 MPa (היסט של 0.2%) ו-10% התארכות, עם הפחתה מינימלית של שטח של 25%. ערכי חישול טיפוסיים גבוהים יותר - בסביבות 900-950 MPa UTS עם התארכות של 14-18% - ודרגת ה-ELI עולה באופן עקבי על דרגה 5 סטנדרטית במבחני קשיחות של שבר מתיחה של Charpy-. מכיוון שמיקרו-מבנה שולט במספרים אלה, המוט מסופק עם מבנה מטאלוגרפי מוגדר (בדרך כלל מדורג A3-A4 בסולם גודל גרגר אלפא-ביתא) מאומת על ידי מיקרו-בדיקה.
כיתה 23 לעומת כיתה 5: איזה מוט לציין
דרגה 23 וכיתה 5 הן שתיהן Ti-6Al-4V, אך הן אינן ניתנות להחלפה ביישומים מאושרים:
| נֶכֶס | דרגה 23 (Ti-6Al-4V ELI) | דרגה 5 (Ti-6Al-4V) |
|---|---|---|
| תקנים שולטים | ASTM F136, ISO 5832-3 | ASTM B348, AMS 4928 |
| מקסימום חמצן | 0.13% | 0.20% |
| קשיחות שבר | גבוה יותר | לְמַתֵן |
| שימוש ראשוני | שתלים, מכשירים רפואיים | תעופה וחלל, ימית, כימית, תעשייתית |
| משטח אופייני | בהיר, מלוטש, מעובד | הפוך, מקולף, טחון, תחמוצת שחורה |
כלל אצבע: אם השימוש הסופי ניתן להשתלה או יצירת קשר עם -מטופל, ציין דרגה 23 ל-ASTM F136 או ISO 5832-3. אם החלק הוא מחברים - תעשייתיים, פירים, מכלי לחץ - דרגה 5 ל-ASTM B348 היא הבחירה הנכונה והחסכונית יותר.
מסלול ייצור עבור-מוט רפואי
מוט לייצור שתל- הוא שרשרת מבוקרת היטב. טיטניום ספוג בטוהר גבוה מעורבב עם תוספות סגסוגת ומאוחד לאלקטרודות, המומסות פעמיים או שלוש בכבשן להתכת קשת ואקום (VAR) כדי להבטיח הומוגניות כימית וחופש מתכלילים. לאחר מכן, המטיל מזויף או מגולגל מעל לטרנסוס הביטא, ומסתיים-עובד בשדה אלפא-בטא כדי לחדד את מבנה הגרגירים. מוטות מחושלים בתנור ואקום או אינרטי- באווירה כדי להסיר מתח שיורי ולייצב את המבנה המיקרו, לאחר מכן מיושרים, טחונים ללא מרכז או מקולפים, ומלוטשים לגימור פני השטח הנדרש. כל חום נמשך מהספוג ועד למוט המושלם כך שכל אורך ניתן לעקוב אחר ההמסה שלו.
בדיקה והסמכה
מוט רפואי מאומת הרבה מעבר לבדיקות תעשייתיות שגרתיות. הרכב כימי מאושר על ידי ספקטרומטריה מול מגבלות ASTM F136; תכונות מכניות על ידי מתיחה, תפוקה, התארכות והפחתה-של-בדיקות שטח; ותקינות פנימית על ידי בדיקה קולית ל-ASTM E2375, עם בדיקת זרם מערבול- בקטרים קטנים יותר. המיקרו-מבנה נבדק בצורה מטאלוגרפית, וגימור פני השטח וסובלנות ממדים (בדרך כלל h6-h11 בקוטר) נמדדים בכל פס. הספק מנפיק תעודת בדיקת חומר, בדרך כלל לפי EN 10204 סוג 3.1, המכילה את הכימיה המלאה, התוצאות המכניות ומספר החום, ורוב יצרני השתלים מבקשים בנוסף בדיקת עדים של צד שלישי.
יישומים
מוט דרגה 23 מעובד לתוך גבעולים של ירך, רכיבי עצם הירך, כלובי איחוי בין-חולייתי, מוטות עמוד שדרה וברגי עמוד השדרה, לוחות וברגים של עצמות, מערכות השתלות שיניים ומכשירים כירורגיים המגעים עם רקמות. חוזק העייפות שלו, הרגישות המגנטית הנמוכה לתאימות MRI והתנהגות האוסאואינטגרציה המוכחת הופכים אותו לבחירה הראשונה שבה השתל חייב להישאר תקין מבחינה מבנית ואינרטי ביולוגית לכל החיים של המטופל.
שאלות נפוצות
מה המשמעות של ELI ב-Ti-6Al-4V ELI?
ELI מייצג מודעה ביניים נמוכה במיוחד-. זה מצביע על כך שחמצן, פחמן, חנקן ומימן מוחזקים במקסימום נמוך יותר מאשר בדרגה 5 סטנדרטית, מה שמעניק קשיחות שבר וגמישות גבוהה יותר בעלות קטנה בחוזק מוחלט.
אילו תקנים קובעים מוט טיטניום דרגה 23?
ASTM F136 (מחושל Ti-6Al-4V ELI ליישומי שתלים כירורגיים) ו-ISO 5832-3 הם התקנים העיקריים. ציונים תעשייתיים בצורת סרגל מכוסים על ידי ASTM B348, אך שתלים דורשים את משטר הכימיה והבדיקות F136.
מהן תכונות המתיחה המינימליות של מוט חישול דרגה 23?
לפי ASTM F136: 860 חוזק מתיחה אולטימטיבי MPa, חוזק תפוקה של 795 MPa (0.2% היסט), 10% התארכות והפחתה מינימלית של 25% של שטח. ערכי טחנה אופייניים עולים על אלה.
מדוע כיתה 23 מועדפת על פני כיתה 5 עבור שתלים?
תכולת הביניים הנמוכה שלו מניבה קשיחות טובה יותר לשברים ועמידות בפני עייפות, שהן מכריעות לרכיבים שנשארים בגוף במשך עשרות שנים תחת עומס מחזורי, תוך שמירה על אותה חוזק ותאימות ביולוגית.
כיצד בודקים מוט טיטניום בדרגת שתל-?
על ידי ניתוח כימי, בדיקות מתיחה והשפעה, בדיקה קולית לפי ASTM E2375 (זרם מערבולת בקטרים קטנים), בדיקה מטאלוגרפית, בדיקות מימדים ומשטחים, הכל מתועד בתעודה לפי EN 10204 סוג 3.1 עם עקיבות אצווה מלאה.
אילו גימורים משטחים זמינים במוט דרגה 23?
גימורים בהירים מסובבים וחסרי מרכז, מעובדים או מלוטשים הם סטנדרטיים, עם סובלנות קוטר בדרך כלל h6-h11. הגימור שצוין תלוי בשאלה אם הלקוח מכין שתלים ישירות או זקוק לריק מוכן מראש.
