α+β型钛合金教学资料.docx
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α+β型钛合金教学资料
α+β型钛合金
α-β型钛合金
TC1钛合金
一、概述
TC1钛合金是低合金化的Ti-Al-Mn系近α型钛合金，含有2%的α稳定元素Al，对α相起固溶强化的作用。
还含有1.5%的共析型β稳定元素Mn，起到强化β相并改善工艺塑性的功能。
TC1钛合金名义成分的铝当量为3.0，钼当量为2.5，其主要性能特点是比工业纯钛略高的使用强度和很好的工艺塑性。
该合金还具有良好的焊接性能和热稳定性，长时间工作温度350℃。
TC1钛合金最适合于制造形状复杂的板材冲压并焊接的零部件，在航空航天工业和民用行业中获得了广泛应用。
该合金只在退火状态下使用，不能采用固溶时效处理进行强化，其主要半成品是板材、棒材、管材、锻件、型材和丝材等。
在飞机和航空发动机结构中，TC1合金主要用于制造形状较复杂、强度要求不高的板材冲压成形并焊接的零部件。
350℃下的工作寿命为2000h，300℃下的工作寿命可达30000h。
某型号战斗机上TC1合金板材的单机用量达到230Kg，主要用于制造后机身的机尾整流罩、蒙皮和外侧壁板等。
航空发动机中，TC1合金主要用于制造各种壳体和隔热罩。
TC1钛合金在民用行业中也获得广泛应用，例如汽车工业中的消音器、车架和吊挂件等。
二、化学成分
GB/T3620.1-2007《钛及钛合金牌号和化学成分》所规定的化学成分见表7-4-1。
表7-4-1TC1钛合金化学成分质量分数/%
主要成分
杂质，不大于
Al
Mn
Ti
Fe
C
N
H
O
其他元素
单个
总和
1.0～2.5
0.7～2.0
余量
0.30
0.08
0.05
0.012
0.15
0.10
0.40
三、合金性能
密度4.55g/cm3，室温弹性模量127GPa，相变点920±20℃，硬度HBS210-250。
技术标准规定的性能见表7-4-2
表7-4-2技术标准规定的TC1钛合金性能
技术标准
品种
状态
规格
mm
取样
方向
室温性能
高温性能
Rm
Mpa
Rp0.2
MPa
A
%
Z
%
α
（︒）
350℃
400℃
Rm
Mpa
σ100h
Mpa
Rm
Mpa
σ100h
Mpa
不小于
GB/T3621-
2007
板材
M
0.5～1.0
＞1.0～2.0
＞2.0～5.0
＞5.0～10.0
LT
590～735
-
25
25
20
20
-
100
70
60
-
340
320
310
295
GJB2505A-
2008
板材
（带材）
M
0.5～1.0
＞1.0～2.0
＞2.0～5.0
＞6.0～10.0
LT
（L）
590～735
460
25
25
20
20
-
100
70
60
-
340
320
310
295
GB/T3623-
2007
丝材
M
0.1～7.0
L
实测
-
实测
-
-
-
-
-
-
GB/T2965-
2007
棒材
M
横截面积不大于64.5cm2且矩形棒的截面厚度不大于76mm
L
585
460
15
30
-
345
325
-
-
GJB2218A-
2008
棒材
M
12～100
L
585
460
15
30
-
345
325
-
-
GJB2744A-
2007
锻件a
M
≤150
C
595
实测
15
30
-
345
325
-
-
a:
αKU不小于44J/cm2
TC4钛合金
一、概述
TC4（Ti-6Al-4V）钛合金是世界上开发最早、应用最广的钛合金。
它的产量约占全世界各种钛合金半成品总产量的一半以上，在航空航天工业中超过80%。
Al通过固溶强化α相提高合金的室温强度和热强性能，而V既提高强度又改善塑性。
V还能抑制α2超结构相的形成，避免在长时间使用过程中出现合金脆化。
TC4钛合金的主要特点是优异的综合性能和良好的工艺特性。
还具有优良超塑性，适合于用各种压力加工方法进行成形，并采用各种方式进行焊接。
TC4钛合金的主要半成品形式是棒材、锻件、薄板、厚板、型材和丝材等。
该合金主要在退火状态下使用，也可以采用固溶时效强化，然而淬透截面不超过25～30mm，固溶时效强化不适合厚大工件。
目前，针对不同的使用条件和工艺要求，各国都出现了许多Ti-6Al-4V钛合金的改型，其主要区别是不同的Al、V含量和较低的间隙元素杂质含量，还有添加微量Ru的Ti-6Al-4V合金。
TC4钛合金在航空航天中主要用于制造飞机结构中的各种梁、隔框、滑轨、起落架梁，航空发动机的风扇和压气机盘、叶片，航天火箭的壳体、压力容器以及各种类型的紧固件。
用TC4钛合金代替30CrMnSiA结构钢，可以减轻零件重量约30%。
TC4钛合金在民用行业中也获得了广泛应用。
例如电力工业中的燃气轮机叶片，造船工业中的船舶推进器，海洋工程中的近海油田钻井平台，化学工业中的各种耐蚀泵，医学中的人工植入物，各种运动器材等。
TC4钛合金可用于制造汽车车架、曲柄轴、连杆、螺栓、进油阀和悬挂弹簧等。
相近牌号有：
Ti-6Al-4V，Ti-6Al-4VELI，Ti-6Al-4VSP，Ti-6Al-4VELISP（美国）；
BT-6，BT-6C，BT-6Ч，BT-6Γ，BT-6К，BT-6КТ（俄罗斯）；
IMI-318，IMI-318ELI（英国）;
TiAl6V4（德国）;T-A6V（法国）；SAT-64（日本）。
二、化学成分
GB/T3620.1-2007《钛及钛合金牌号和化学成分》所规定的化学成分见表7-4-3。
表7-4-3TC4钛合金化学成分质量分数/%
主要成分
杂质，不大于
Al
V
Ti
Fe
C
N
H
O
其他元素
单个
总和
5.5～6.75
3.5～4.5
余量
0.30
0.08
0.05
0.015
0.20
0.10
0.40
三、合金性能
密度ρ=4.44g/cm3，室温弹性模量112GPa，泊松比0.34，硬度HB293-361，相变点995-997±5℃。
技术标准规定的性能见表7-4-4。
表7-4-4技术标准规定的TC4钛合金性能
技术标准
品种
状态
规格
mm
取样
方向
室温性能
高温性能
Rm
Mpa
Rp0.2
MPa
A
%
Z
%
α
（︒）
ak
J/cm2
400℃
500℃
Rm
Mpa
σ100h
Mpa
Rm
Mpa
σ100h
Mpa
不小于
GB/T3621-
2007
板材
M
0.8～2.0
＞2.0～5.0
＞5.0～10.0
＞10.0～25.0
LT
895
830
12
10
10
8
-
105a
-
590b
540b
440b
195b
GJB2505A-
2008
板材
带材
M
0.8～4.0
＞4.0～5.0
＞5.0～10.0
＞10.0～30.0
LT
925～1150
925～1150
895～1100
895～1100
870
870
825
825
12
10
10
9
-
105a
-
590
540
440
195
GB/T6613-
1986
板材
M
0.8～4.0
≥4.0～10.0
≥10.0～25.0
LT
925
900
880
870
825
815
12
10
9
35
30
-
590
540
440
195
GB/T2965-
2007
棒材
M
横截面积不大于64.5cm2且矩形棒的截面厚度不大于76mm
L
895
830
10
25
-
-
620
570
-
-
GB/T16598-
1996
饼环材
M
截面积不大于100cm2
C
895
825
10
25
-
-
-
-
-
-
GJB2218A-
2008
棒材
M
12～100
＞100～150
＞150～220
L
895
825
10
9
8
25
20
15
-
-
620
-
-
570
-
-
-
-
-
-
-
-
锻坯
M
38～110
C
895
825
10
25
-
-
-
-
-
-
GJB2219-
1994
棒材
线材
STA
4.0～14.0
L
1100
1000
10
20C
-
-
-
-
-
-
GJB2220-
1994
饼环材
M
外径：
340～620
内径：
250～400
高度：
60～270
m≤80kg
C
895
825
10
-
-
-
615d
570
GJB2744A-
2007
锻件
M
≤200
L
LT
ST
C
895
895
895
895
825
825
825
825
10
10
8
10
30
25
20
25
-
35
-
-
34.5
600d
-
-
600d
560
-
-
570
GJB1538A-
2008
棒材
M
12～50
＞50～75
＞75～100
＞100～150
＞150～220
L
930
895
895
895
895
860
825
825
825
825
10
25
25
25
25
20
-
-
615d
615d
615d
600d
-
570
570
570
560
-
-
-
GJB391-
1987
饼材
M
-
C
873
-
12
33
-
39.2
GJB494A-
2008
棒材
M
≤50
＞50～70
L
930
895
860
825
10
25
-
31f
615d
570
HB7238-
1995
锻件
M
m≤60kg
C
895
825
10
25
-
345e
615d
570
GJB2896A-
2007
精密
铸件
M,HIP
-
附铸
试样
885
785
5
12
-
-
-
-
-
-
a:
适用于厚度不大于4.75mm的板材。
b:
适用于厚度不大于10.00mm的板材。
c:
直径小于7mm产品的伸长率和断面收缩率报实测。
d:
伸长率不小于12%,断面收缩率不小于40%。
e:
单位为KJ/m2。
f:
单位为J。
应力集中敏感性见表7-4-5。
表7-4-5TC4钛合金应力集中敏感性
品种
规格
mm
状态
取样
方向
θ
℃
bH，
MPa
bH
b
Kt=2
Kt=3
Kt=4
Kt=5
Kt=2
Kt=3
Kt=4
Kt=5
棒材
20
退火
L
－70
—
1815
—
—
—
1.53
—
—
－40
—
1722
—
—
—
1.52
—
—
－20
—
1663
—
—
—
1.50
—
—
20
1548
1599
1619
1545
1.55
1.60
1.62
1.54
150
—
1306
—
—
—
1.51
—
—
250
—
1146
—
—
—
1.47
—
—
350
—
1063
—
—
—
1.50
—
—
450
—
976
—
—
—
1.50
—
—
热稳定性，试样热暴露后的室温拉伸性能见表7-4-6。
表7-4-6TC4钛合金试样热暴露后的室温拉伸性能
品种
规格
mm
状态
取样
方向
热暴露
θ，℃
条件
t，h
Rm
MPa
Rp0.2
MPa
A
%
Z
%
棒材
20
退火
L
未暴露
1000
—
16.8
41.5
350
100
1029
948
14.8
39.5
500
1021
944
15.9
42.4
1000
1029
941
14.9
42.9
400
100
999
911
14.7
42.0
500
989
918
15.1
42.2
1000
988
916
15.4
39.9
450
100
987
917
16.4
42.6
高温持久性能见表7-4-7。
表7-4-7TC4钛合金高温持久性能
品种
规格
mm
状态
取样
方向
θ
℃
σ100h
MPa
σ100h
MPa
棒材
22
退火
L
250
735
—
300
686
686
350
657
657
400
588
608
高温蠕变性能见表7-4-8。
表7-4-8TC4钛合金高温蠕变性能
品种
规格
mm
状态
取样
方向
θ
℃
0.1/100
MPa
0.2/100
MPa
棒材
20
退火
L
300
530
579
350
392
471
400
177
235
高周疲劳旋转弯曲疲劳极限见表7-4-9。
表7-4-9TC4钛合金旋转弯曲疲劳极限
品种
规格
mm
状态
取样
方向
θ
℃
Kt
R
N
周
D
MPa
棒材
24
退火
L
20
1
1.72
-1-1
2×107
2×107
481
275
200
1
1.72
-1-1
2×107
2×107
432
265
300
1
1.72
-1-1
2×107
2×107
422
235
400
1
1.72
-1-1
2×107
2×107
412206
TC6钛合金
一、概述
TC6钛合金的名义成分为Ti-6Al-2.5Mo-1.5Cr-0.5Fe-0.3Si，是一种良好的马氏体型α-β两相钛合金，含有α稳定元素Al、同晶型β稳定元素Mo和共析型β稳定元素Cr、Fe和Si，β稳定系数Kβ=0.6。
该合金的使用状态一般为退火状态，也可进行适当的强化热处理。
TC6合金的室温强度和在450℃下热强性能高于TC4合金。
该合金还具有较好的热加工工艺性能，可以进行焊接和各种方式的机械加工。
TC6钛合金主要用来制造航空发动机的压气机盘和叶片等零件，能在400℃以下长时间工作6000h以上和在450℃工作2000h以下。
该合金还可作为中强合金用来制造飞机的隔框、接头等承力结构件及不同用途的紧固件。
生产的半成品主要有棒材、锻件及模锻件等
相近牌号有BT3-1（俄罗斯）。
二、化学成分
GB/T3620.1－2007《钛及钛合金牌号和化学成分》规定的化学成分见表7-4-10。
表7-4-10TC6钛合金的化学成分质量分数/%
主要成分
杂质，不大于
Al
Mo
Cr
Fe
Si
Ti
C
N
H
O
其他元素①
5.5～7.0
2.0～3.0
0.8～2.3
0.2～0.7
0.15～0.40
余量
0.08
0.05
0.015
0.18
单个
总和
0.10
0.40
三、合金性能
密度4.50g/cm3，室温弹性模量125GPa，泊松比0.30，相变点970±20℃，硬度HB285-340℃。
技术标准规定的性能见表7-4-11。
表7-4-11 技术标准规定的TC6钛合金性能
技术标准
品种
状态
规格
mm
取样
方向
室温性能
高温性能
Rm
Mpa
Rp0.2
MPa
A
%
Z
%
ak
J/cm2
400℃
Rm
Mpa
σ100h
Mpa
不小于
GB/T2965-
2007
棒材
M
横截面积不大于64.5cm2且矩形棒的截面厚度不大于76mm
L
980
840
10
25
-
735
665
GJB2218A-
2008
棒材
M
12～100
＞100～150
L
980
840
10
25
-
735
-
665
-
锻坯
M
38～110
C
895
825
10
25
-
-
-
GJB2744A-
2007
锻件
M
≤200
L
LT
980～1180
980～1180
880
880
10
8
25
20
29.5
29.5
705a
665
STA
≤60
L
1180
-
6
20
29.5
a:
伸长率不小于14%,断面收缩率不小于40%。
高温持久性能见表7-4-12。
表7-4-12TC6钛合金的高温持久性能
品种
规格
mm
状态
取样
方向
θ
℃
σ100h
σ500h
σ2000h
MPa
锻棒
（网篮组织）
≤60
等温退火
L
300
804
794
765
400
765
745
706
450
598
578
520
500
392
-
-
固溶时效
L
300
1020
1010
1000
400
932
902
863
450
657
618
510
500
353
-
-
模锻件
（网篮组织）
95
普通退火
L
400
800
-
-
高温蠕变性能见表7-4-13。
表7-4-13TC6钛合金的高温蠕变性能
品种
规格
mm
状态
取样
方向
θ
℃
σ0.2/25
σ0.2/50
σ0.2/100
σ0.2/500
σ0.2/1000
MPa
锻棒
（网篮组织）
≤60
等温
退火
L
300
－
－
637
608
588
400
510
500
490
441
363
450
289
284
275
226
196
500
98
88
78
－
－
固溶
时效
L
300
－
－
784
765
735
400
－
－
588
510
431
450
392
－
245
196
－
500
－
－
－
－
－
模锻件
（网篮组织）
δ95
普通退火
L
400
－
－
410
－
－
TC11钛合金
一、概述
TC11钛合金的名义成分为Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si，是一种α-β型钛合金耐热钛合金，铝当量为3.5，钼当量为7.3。
该合金还具有良好的热加工工艺性（包括常规工艺性能和超塑性），可以进行焊接和各种方式的机加工。
该合金的β热处理及等温锻已获得迅速的发展。
该合金对热盐应力腐蚀也存在着一定的敏感性。
该合金主要用于制造航空发动机的压气机盘、叶片、鼓筒等零件，也可用于制造飞机结构件。
通过α-β区的热变形和热处理，该合金的最高长期工作温度为500℃。
生产的半成品有棒材、锻件和模锻件等。
TC11钛合金是我囯空应用较广的高温钛合金，最高使用温度500℃，主要应用在航空发动机压气机的零部件，如叶片、盘件、鼓筒和轴类等。
也可以制成异形铸件，制件的使用工作条件为，在退火状态可用于500℃以下500小时和550℃以下100小时以及450℃以下1000小时，在强化处理状态可用于500℃以下100小时工作的零件和在700℃以下一次性工作的零件。
相近牌号有BT9（俄罗斯）。
二、化学成分
GB/T3620.1-2007《钛及钛合金牌号和化学成分》所规定的化学成分见表7-4-14。
表7-4-14TC11钛合金的化学成分质量分数/%
主要成分
杂质，不大于
Al
Mo
Zr
Si
Ti
Fe
C
N
H
O
其他元素
单一
总和
5.8～7.0
2.8～3.8
0.8～2.0
0.20～0.35
余量
0.25
0.08
0.05
0.012
0.15
0.10
0.40
三、合金性能
密度4.48g/cm3，室温弹性模量123GPa，泊松比0.33，相变点1000±20℃，硬度HB331-343℃。
技术标准规定的性能见表7-4-15。
表7-4-15TC11钛合金技术标准规定的性能
技术标准
品种
状态
规格
mm
取样
方向
室温性能
高温性能
Rm
Mpa
Rp0.2
MPa
A
%
Z
%
ak
J/cm2
500℃
Rm
Mpa
Rp0.2
MPa
A
%
Z
%
σ35h
Mpa
σ100h
Mpa
不小于
GB/T2965-
2007
棒材
M
a
L
1030
900
10
30
-
685
-
-
-
640
-
GJB2218A-
2008
棒材
M
12～100
＞100～150
L
1030
1030
910
910
9
8
30
23
-
685
-
-
-
-
640
-
-
锻坯
M
38～110
L
1030
910
8
23
-
-
-
-
-
-
-
GJB2220-
1994
饼环坯
M
38～110
m≤60kg
C
1060～1230
910
8
23
295b
-
-
-
-
-
-
GJB2744A-
2007
锻件
M
≤100
L
C
1030
1030
910
885
9
8
25
23
29.5
29.5
685
-
12
40
640
590
GJB494A-
2008
棒材
M
≤70
L
1030～1230
930
9
30
24
685
-
12
45
640
-
HB723
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