Ti-6Al-4V(TC4)及钛合金的性能.doc

Ti-6Al-4V(TC4)
Ti-6Al-4V(TC4)钛合金是双相合金，具有良好的综合性能，组织稳定性好，有良
好的韧性、塑性和高温变形性能，能较好地进行热压力加工，能进行淬火、时效
使合金强化。热处理后的强度约比退火状态提高50％～100％；高温强度高，可
在400℃～500℃的温度下长期工作，其热稳定性次于α钛合金[35]。
表3-2 钛合金Ti-6Al-4V成分
元素
Al
V
Fe
O
Si
C
N
H
其他
Ti
成分
5.5-6.8
3.5-4.5
0.3
0.2
0.15
0.1
0.05
0.01
0.5
余量

钛合金Ti6Al-4V合金

碳（最大） 0.10％
铝 5.50至6.75％
氮 0.05％
氧气（最大） 0.020％
其他，合计（最大） 0.40％
*其他，每个（最大）= 0.1％

钛 平衡
钒 3.50至4.50％
铁（最大） 0.40％
氢（最大） 0.015％

比重 0.160
弹性模量（E）的 15.2 x 10 3 ksi 
贝塔Transus 1800 to 1850 °F 
液相线温度 2976 to 3046 °F
固相线温度 2900 to 2940 °F
电阻率
-418 °F 902.5 ohm-cir-mil/ft 
73.4 °F 1053 ohm-cir-mil/ft 
986 °F 1143 ohm-cir-mil/ft 

典型的室温强度计算退火钛6Al-4V的：
极限承载强度1380年至2070年兆帕（200-300 ksi）
压缩屈服强度825-895兆帕（120-130 ksi）
极限剪切强度480-690兆帕（70-100 ksi）
Ti-6Al-4V 的线膨胀系数只有8.8×10-6K-1.
钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1％，但其强度低、塑性高。99.5％工业纯钛的性能为：密度ρ=4.5g/cm3,抗拉强度σb=539MPa，伸长率δ=25％，断面收缩率ψ=25％，弹性模量E=1.078×105MPa，硬度HB195。
钛的应用
应用领域
材料的使用特性
应用部位
航空 工业
喷气发动机
在500℃以下具有高的屈服强度/密度比和疲劳强度/密度比，良好的热稳定性，优异的抗大气腐蚀性能，可减轻结构质量
在500℃以下的部位使用：压气盘、静叶片、动叶片、机壳、燃烧室外壳、排气机构外壳、中心体、喷气管等
机身
在300℃以下，比强度高
防火壁、蒙皮、大梁、起浇架、翼肋、隔框、紧固件、导管、舱门、拉杆等
火箭、导弹及宇宙飞船工业
在常温及超低温下，比强度高，并具有足够的韧性及塑性
高压容器、燃料贮箱、火箭发动机及导弹壳体、飞船船舱蒙皮及结构骨架、主起落架、登月舱等
船舶、舰艇制造工业
比强度高，在海水及海洋气氛下具有优异的耐蚀性能
耐压艇体、结构件、浮力系统球体，水上船舶的泵体、管道和甲板配件，快艇推进器、推进轴、水翼艇水翼、鞭状天线等
化学工业、石油工业
在氧化性和中性介质中具有良好的耐蚀性，在还原性介质中也可通过合金化改善其耐蚀性
在石油化工、化肥、酸碱、钠、氯气及海水淡化等工业中，作热交换器、反应塔、蒸馏器、洗涤塔、合成器、高压釜、阀门、导管、泵、管道等
其他 工业
常规正品制造
耐蚀性好，密度小
火炮尾架、迫击炮底板、火箭炮炮管及药室、喷管、火炮套箍、坦克车轮及履带、扭力棒、战车驱动轴、装甲板等
冶金工业
有高的化学活性和良好的耐蚀性
在镍、钴、钛等有色金属冶炼中做耐蚀材料，在钢铁冶炼中是良好的脱氧剂和合金元素

其他 工业
医疗卫生
对人体体液有极好的耐蚀性，没有毒性，与肌肉组织亲合性能良好好
做医疗器械及外科矫形材料，钛制牙、心脏内瓣、隔膜、骨关节及固定螺钉、钛骨头等
超高真空
有高的化学活性，能吸附氧、氮、氢、CO、CO2、甲烷等气体
钛离子泵
电镀工业
耐腐蚀、寿命长、传热快、加热效果好，对产品无污染，可提高劳动生产率和减少维修费用
镀镍、镀铬（除氟化物镀铬外）、酸性和氰化物镀铜、三氯化铁铜板腐蚀中作加热器、电镀槽子，网篮、挂具、薄膜蒸发器等
电站
高的耐蚀性，密度小、质量轻，良好的综合力学性能和工艺性能，较高的热稳定性，线胀系数小
全钛凝汽器、冷凝器、管板、冷油管、蒸汽涡轮叶片等
机械仪表
精密天平秤杆、表壳、光学仪器等
纺织工业
亚漂机、亚漂罐中耐蚀零、部件
造纸工业
泵、阀、管道、风机、搅拌器等
医药工业
加料机、加热器、分离器、反应罐、搅拌器、压滤罐、出料管道等
体育用品
航模、羽毛球拍、登山器械、钓鱼杆、宝剑、全钛赛车等
工艺美术
钛板画、笔筒、砚台、拐杖、胸针等
钛的热处理工艺参数
牌号
消除应力退火工艺①
完全退火工艺②
固溶处理工艺
时效处理工艺

温度/℃
时间/min
温度/℃
时间/min
温度/℃
时间/min
冷却方式

温度/℃
时间/min
冷却方式
TA1

500-600
15-60
680-720
30-120
—
—
—

—
—
—
TA2

500-600
15-60
680-720
30-120
—
—
—

—
—
—
TA3

500-600
15-60
680-720
30-120
—
—
—

—
—
—
TA4

550-650
15-60
700-750
30-120
—
—
—

—
—
—
TA5

550-650
15-60
800-850
30-120
—
—
—

—
—
—
TA6

550-650
15-120
750-800
30-120
—
—
—

—
—
—
TA7

550-650
15-120
750-800
30-120
—
—
—

—
—
—
TB2

480-650
15-240
800
30
800
30
水或空

500
8
空 冷
TC1

550-650
30-60
700-750
30-120
—
—
—

—
—
—
TC2

550-650
30-60
700-750
30-120
—
—
—

—
—
—
TC3

550-650
30-240
700-800
60-120
820-920
25-60
水冷

480-560
4-8
空 冷
TC4

550-650
30-240
700-800
60-120
850-950
30-60
水冷

480-560
4-8
空 冷
TC6

550-650
30-120
750-850
60-120
860-900
30-60
水冷

540-580
4-12
空 冷
TC9

550-650
30-240
600
60
900-950
60-90
水冷

500-600
2-6
空 冷
TC10

550-650
30-240
760
120
850-900
60-90
水冷

500-600
4-12
空 冷
1.所有合金消除应力退火后一律采用空冷。
2.产品使用前的退火可采用：950℃/1h，空冷或水冷；最终退火可采用；870℃/30min+650℃/60min，空冷：TC9最终退火可采用：930℃/30min，空冷+530℃/360min,空冷。
钛的锻造加热温度
编号
（α+β）/β相变点/℃
铸锭
变形坯料
成品
加热温度/℃
终锻温度/≮℃
加热温度/℃
终锻温度/℃
加热温度/℃
终锻温度/≮℃
TA1
890-920
1000-1020
750
900-950
700
850-880
700
TA2
890-920
1000-1020
750
900-950
700
850-880
700
TA3
890-920
1000-1020
750
900-950
700
850-880
700
TA4
960-980
1150
850
1030-1050
800
—
—
TA5
980-1000
1080-1150
850
1000-1050
800
—
—
TA6
1000-1020
1150-1200
900
1050-1100
850
980-1020
800
TA7
1000-1020
1150-1200
900
1050-1100
850
980-1020
800
TB2
750
1140-1160
850
1090-1100
800
990-1010
800
TC1
910-930
1000-1020
750
900-950
750
850-880
750
TC2
920-940
1000-1020
800
900-950
800
850-900
750
TC3
960-970
1100-1150
850
950-1050
800
950-970
750
TC4
980-990
1100-1150
850
960-1100
800
950-970
750
TC6
950-980
1150-1180
850
1000-1050
800
950-980
800
TC9
1000-1020
1140-1160
850
1050-1080
800
950-970
800
TC10
935
1100-1150
800
1000-1050
800
930-940
800
钛及钛合金的一般物理性能
性能
合金牌号
TA1TA2TA3
TA4
TA5
TA6
TA7
TB2
TC1
TC2
TC3
TC4
TC6

TC9
TC10
20℃密度γ/g/cm3
4.5
—
4.43
4.40
4.46
4.81
4.55
4.55
4.43
4.45
4.5

4.52
4.53
熔点/℃
1668
--
--
--
1538-1649
--
--
1570-1640
--
1538-1649
1620-1650

--
--
比热容 c/（j/kg·K）
20℃
544
--
--
--
540
540
--
--
--
--
--

--
--
100℃
544
--
--
586
540
540
574
--
--
678
502

544
540
200℃
628
--
--
670
569
553
--
565
565
691
586

--
548
300℃
670
--
--
712
590
569
641
628
628
703
670

--
565
400℃
712
--
--
796
620
636
699
670
670
741
712

--
557
500℃
754
--
--
879
653
599
729①
754
712
754
796

--
528
600℃
837
--
--
921
691
862
--
--
--
879
--

--
--
20℃电阻率ρ/10-6Ω·m
0.47
--
1.26
1.08
1.38
1.55
--
--
1.42
1.60
1.36

1.62
1.87
热导率λ/W/（m· K）
20℃
16.33
10.47
--
7.54
8.79
--
9.63
9.63
8.37
5.44
7.95

7.54
--
100℃
16.33
12.14
--
8.79
9.63
12.14②
10.47
--
8.79
6.70
8.79

12.98
--

热导率λ/W/（m·K）
200℃
16.33
--
--
10.05
10.89
12.56
11.72
11.30
10.05
8.79
10.05
11.30
--
300℃
16.75
--
--
11.72
12.14
12.98
12.14
12.14
10.89
10.47
11.30
12.14
10.47
400℃
17.17
--
--
13.40
13.40
16.33
13.40
13.40
12.56
12.56
12.59
12.98
12.14
500℃
18.00
--
--
15.07
14.65
17.58
14.65
14.65
14.24
14.24
--
13.40⑧
13.40
600℃
--
--
--
16.75
15.91
18.84
16.33
--
15.49
15.49
--
14.65⑨
--
线胀系统a1/(10-6/k)
20-100℃
8.0
8.2
9.28
8.3
9.36
8.53
8.0
8.0
--
7.89
8.60
7.70
9.45
20-200℃
8.6
--
9.53
8.9③
9.4
9.34
8.6
8.6
--
9.01
--
8.90
9.73
20-300℃
9.1
--
9.87
9.5④
9.5
9.52
9.1
9.1
--
9.30
--
9.27
9.97
20-400℃
9.25
--
10.08
10.4⑤
9.54
9.79
9.6
9.6
--
9.24
--
9.64
10.15
20-500℃
9.4
--
10.09
10.6⑥
9.68
9.83
9.6
9.4
--
9.39
11.60⑥
9.85
10.19
20-600℃
9.8
--
10.28
10.8⑦
9.86
9.99
--
--
--
9.40
--
--

10.21
①450℃ ②80℃ ③100-200℃ ④200-300℃ ⑤300-400℃ ⑥400-500℃ ⑦500-600℃ ⑧490℃ ⑨575℃。