什麼是β型鈦合金
含有大量Nb、Ta、Mo等β穩定化元素，室溫下也具有BCC之β相的鈦合金。楊氏模數低，在醫療用途中可減少應力遮蔽。
日文名稱: β型チタン合金
「β型鈦合金」出現在1領域的2道練習題中（生醫材料等）。
這個名詞所屬的領域: 生醫材料
鈦的相與β穩定化元素
純鈦在低於882℃時為HCP的α相，高於此溫度時為BCC的β相。Mo、V、Nb、Ta在β相中廣泛固溶而降低變態溫度，Fe、Cr等則作為共析型的β穩定化元素。添加足夠的這些元素時，淬火或空冷後β相會保留到室溫，這稱為β型鈦合金。多數在室溫下處於介穩狀態，時效時會析出微細的α相等。另一方面，Al、O、N是使α相穩定的元素，Ti-6Al-4V是由α與β兩相構成的α+β型合金。以哪一相為主，性質會大幅改變。
楊氏模數低的原因
β型合金的楊氏模數，在醫療用的成分中約為55〜80 GPa，低於Ti-6Al-4V的約110 GPa。BCC的β相，成分越接近能穩定存在的極限，對使原子面錯動方向之變形的抵抗越小，楊氏模數越低。因此把成分調整到β相勉強能保留的程度，就能得到低的楊氏模數。Ti-Nb-Ta-Zr系與Ti-Mo系等就是例子。雖然還達不到骨（約10〜30 GPa），但與不鏽鋼（約200 GPa）或Co-Cr合金相比，已相當接近骨。
熱處理與楊氏模數、強度的取捨
只經過固溶處理後急冷的β型合金，楊氏模數雖低，強度卻不太高。時效析出微細的α相時，強度大幅提高，但α相的楊氏模數高，整體的楊氏模數也會上升。此外，在較低的溫度時效時，會生成稱為ω相的微細相，使楊氏模數上升並且脆化。因此在醫療用途中，會選擇冷加工與時效的條件來調整組織，在保持低楊氏模數的同時，得到必要的強度與疲勞強度。兼顧楊氏模數與強度是合金設計的核心。
醫療以外的用途與弱點
β型合金為BCC，容易冷加工，又能以熱處理得到高強度，因此也用於飛機的彈簧與扣件，以及冷成形的板材。在醫療用途中，能做成不含V與Al的成分，由Nb、Ta、Zr等被認為細胞毒性低的元素構成，也是優點。另一方面，Nb與Ta是重而昂貴的元素，會提高密度與成本。此外，與鈦合金共通，耐磨耗性低，不適合相互滑動的部位。不含Ni的超彈性與形狀記憶合金，也正以β型的Ti-Nb系等進行研究。
練習β型鈦合金的題目
像Ti-Nb-Ta-Zr系這類β型鈦合金，被開發用於固定骨的植入物，其主要原因為下列何者？
- A使BCC的β相保留到室溫，可使楊氏模數低於Ti-6Al-4V，減少應力遮蔽
- Bβ相為HCP結構，原子結合強，可使楊氏模數高於Ti-6Al-4V而防止植入物變形
- C成為β相後鈦表面不會形成鈍化膜，較容易與骨化學結合
查看答案與解析
正確答案：A. 使BCC的β相保留到室溫，可使楊氏模數低於Ti-6Al-4V，減少應力遮蔽
鈦在低溫為HCP的α相，在高溫為BCC的β相，大量添加Nb、Ta、Mo等β穩定化元素時，室溫下也會保留β相。β型合金的楊氏模數約為55〜80 GPa，低於α+β型的Ti-6Al-4V（約110 GPa），較接近骨（約10〜30 GPa），因此可減少應力遮蔽。此外，Nb、Ta、Zr被認為細胞毒性低，也有不必使用V與Al的優點。HCP的是α相，把β相當成HCP是弄錯了晶體結構。提高植入物的剛性，是加強應力遮蔽的方向。β型合金表面也會形成鈍化膜而保持耐蝕性，若失去鈍化膜只會增加溶出，並不會帶來與骨的結合。
常見問題
α型、α+β型、β型有什麼不同？
這是依室溫下主要由哪一相構成的分類。α型由HCP的α相構成，高溫強度、潛變強度與銲接性優異。α+β型的Ti-6Al-4V強度與加工性的平衡良好，使用最廣。β型為BCC，容易冷加工，可以熱處理得到高強度，並能降低楊氏模數。
為什麼醫療用途要求不含V與Al的合金？
因為Ti-6Al-4V中的V有細胞毒性的疑慮，Al則有對神經系統影響的疑慮。在一般使用中並未確認有問題，但對於長期放在體內的植入物，已開發出使用溶出時影響被認為較小的Nb、Ta、Zr等的合金。
β型鈦合金的楊氏模數能做到與骨相同嗎？
以緻密的合金而言，即使是模數特別低的成分也約為40〜50 GPa，無法降到皮質骨的約10〜30 GPa。要更接近骨，須搭配做成多孔體、以氣孔降低楊氏模數的方法。不過增加氣孔強度也會下降，因此要在兩者之間取得平衡。
解析中的「β型鈦合金」
若改用楊氏模數約55 GPa的β型鈦合金，骨的分擔增加為 20/75 ≈ 27%。
皮質骨（楊氏模數20 GPa）與截面積相同的Ti-6Al-4V（楊氏模數110 GPa）的棒平行接合，沿長度方向一起承…