執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：GB/T2965-2010，ASTM B348，ASTM F136/F67
規(guī)格：Φ7~Φ300mm
供貨狀態(tài)：熱加工態(tài)（R），冷加工態(tài)（Y），退火狀態(tài)（M）
供貨單位：陜西華辰鈦業(yè)有限公司
1.概述
TC4合金的名義成分為T(mén)i-6A1-4V，是一種中等強(qiáng)度的α+B型鈦合金。該合金綜合性能優(yōu)異，具有良好的工藝塑性和超塑性，適合于各種壓力加工成形，可采用各種方式的焊接和機(jī)械加工，在航空航天工業(yè)中獲得了最廣泛的應(yīng)用。合金主要在退火狀態(tài)下使用，也可采用固溶時(shí)效熱處理，但萍透截面厚度一般不超過(guò)25mm，長(zhǎng)期工作溫度可達(dá)400℃，適用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇、壓氣機(jī)盤(pán)及葉片，以及飛機(jī)的梁、接頭、隔框、緊固件等承力構(gòu)件。
TC4合金在大氣環(huán)境和海水中均具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。合金在430℃以下長(zhǎng)時(shí)間加熱，表面會(huì)形成一層薄且具有保護(hù)性的氧化膜，隨著加熱溫度的升高，氧化膜增厚，防護(hù)性能變差。
2.材料牌號(hào)
TC4。
3.相近牌號(hào)
美Ti-6A1-4V（Gr.5）、英IMI318、俄BT6、德TiA6V4
4.TC4材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
GB/T 3620.1-2006《鈦及鈦合金牌號(hào)和化學(xué)成分》查看
GB/T 3620.2-1994《鈦及鈦合金加工產(chǎn)品化學(xué)成分及成分允許偏差》查看
GB/T 3621-2007《鈦及鈦合金板材》查看
GJB 2505-1995《航空用鈦及鈦合金板、帶材規(guī)范》查看
GJB 2921-1997《超塑成形用TC4鈦合金板材規(guī)范》查看
GB/T 3623-1998《鈦及鈦合金絲材》查看
GB/T 2965-2007《鈦及鈦合金棒材》查看
GJB 493-1988《航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片用TC4鈦合金棒材》查看
GJB 1538-1992《飛機(jī)結(jié)構(gòu)用TC4鈦合金棒材規(guī)范》查看
GJB 2218-1994《航空用鈦及鈦合金棒材和鍛壞規(guī)范》查看
GJB 2219-1994《緊固件用鈦及鈦合金棒（線）材規(guī)范》查看
GB/T 16598-1998《鈦及鈦合金餅和環(huán)》查看
GJB 2220-1994《航空發(fā)動(dòng)機(jī)用鈦合金餅、環(huán)壞規(guī)范》查看
GJB 2744-1996《航空用鈦及鈦合金自由鍛件和模鍛件規(guī)范》查看
HB 5224-1982《航空發(fā)動(dòng)機(jī)盤(pán)用TC4鈦合金模鍛件》查看
HB 5432-11989《飛機(jī)用TC4鈦合金鍛件》查看
HB 7238-1995《鈦合金環(huán)形鍛件》查看
AMS 4928N1993《退火6A1-4V鈦合金棒材、絲材、鍛件和環(huán)件》查看
5.化學(xué)成分
GB/T3620.1—2007規(guī)定的化學(xué)成分，見(jiàn)表1-1。
6.熱處理制度
①棒材和鍛件退火：700～800℃，1~2,空冷
②真空退火：700~800℃，0.5~2h，爐冷至200℃以下允許出爐空冷，爐內(nèi)絕對(duì)壓強(qiáng)應(yīng)不大于9×102Pa。
③固溶處理：910~940℃，0.5~2h,水。
④時(shí)效：520~550℃，2~4h,空冷。去應(yīng)力退火。
⑤去應(yīng)力退火：完全去應(yīng)力退火：600～650℃，1~4h,空冷；不完全去應(yīng)力退火：500～600℃，0.5~3h，空冷。去應(yīng)力退火可以在空氣爐或真空爐中進(jìn)行。
7.規(guī)格和狀態(tài)
品種規(guī)格及供應(yīng)狀態(tài)，見(jiàn)表1-2
8.熔煉與鑄造工藝
鑄錠應(yīng)該經(jīng)過(guò)兩次以上真空自耗電極電弧爐熔煉。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子零件用料應(yīng)經(jīng)過(guò)三次熔煉。合金元素V以A1-V中間合金方式加入。自耗電極的焊接嚴(yán)禁使用鎢極氬弧焊，采用氬氣保護(hù)等離子焊接方法。
9.應(yīng)用概況與特殊要求
1）應(yīng)用概況
TC4鈦合金在國(guó)內(nèi)是20世紀(jì)60年代初期開(kāi)始研制生產(chǎn)的，現(xiàn)已廣泛用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇和壓氣機(jī)的盤(pán)與葉片，以及飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的各種承力梁、框、接頭和緊固件等。
2）特殊要求
①初生α相數(shù)量 TC4合金的力學(xué)性能與初生α相數(shù)量和形態(tài)有密切關(guān)系，一般講，初生α相含量越多，室溫拉伸塑性和疲勞性能越好;初生α相數(shù)量越少，則高溫持久、蟠變和斷裂韌度越好。為了獲得優(yōu)異的綜合性能,初生α相含量通常希望控制在15%～50%范圍內(nèi)。如果初生α相含量超過(guò)這個(gè)范圍，允許在正常退火之前增加一次高溫固溶處理，即在β轉(zhuǎn)變溫度以下30~60℃保溫1h，隨后空冷或水冷。當(dāng)初生α相含量過(guò)少時(shí)，只能通過(guò)在兩相區(qū)的重新熱變形來(lái)提高初生α相含量。
②氧含量影響 隨著氧含量的增加,TC4合金的抗拉強(qiáng)度明顯提高，拉伸塑性和斷裂韌度急劇下降。氧含量過(guò)高還會(huì)導(dǎo)至焊接性能變差。因此，在保證強(qiáng)度水平的前提下，應(yīng)將氧含量控制在較低的范圍內(nèi)。特別是用于低溫下工作的各種容器，應(yīng)該選用w(O)≤0.13%的TC4合金材料。
③接觸腐蝕當(dāng)TC4鈦合金零件與鋁合金和結(jié)構(gòu)鋼零件接觸時(shí)，特別是在一定的腐蝕介質(zhì)條件下，鋁合金和結(jié)構(gòu)鋼零件由于電極電位較負(fù)，作為接觸偶的陽(yáng)極，會(huì)遭受加速腐蝕和破壞。因此，在TC4鈦合金零件與鋁合金或結(jié)構(gòu)鋼零件之間，應(yīng)采取加墊防接觸腐蝕膠布等防護(hù)措施。TC4合金零件嚴(yán)禁與鉛、鋅、鎬、錫、銀、等金屬的零件或工具接觸。
④微動(dòng)磨蝕破壞TC4合金由于耐磨性較差，當(dāng)零件發(fā)生微動(dòng)磨蝕時(shí)，會(huì)引起疲勞強(qiáng)度的迅速下降。為減少微動(dòng)磨蝕，在TC4合金零件與其他金屬零件的配合面之間，應(yīng)涂潤(rùn)滑脂、油漆，或?qū)⒑辖鹆慵砻孢M(jìn)行陽(yáng)極化處理。
⑤為確保TC4合金零件在使用過(guò)程中的可靠性,對(duì)于制造壓氣機(jī)盤(pán)、葉片和飛機(jī)結(jié)構(gòu)件用的棒材、鍛壞、自由鍛件和模鍛件，必須進(jìn)行超聲探傷。航空發(fā)動(dòng)機(jī)用模鍛件探傷，一般采用平底孔直徑為0.8mm的標(biāo)準(zhǔn)樣塊；飛機(jī)結(jié)構(gòu)用模鍛件探傷，一般采用平底孔直徑為1.2mm的標(biāo)準(zhǔn)樣塊。
10.物理和化學(xué)性能：
★物理性能
1）熱性能
①熔化溫度范圍：1630~1650℃
②熱導(dǎo)率：見(jiàn)表2-1。
③比熱容見(jiàn)表2-2。
④線膨脹系數(shù)見(jiàn)表2-3。
2）密度：4.44g/cm3
3）電性能電阻率見(jiàn)表2-4。
4）磁性能無(wú)磁性。在1592A/m磁場(chǎng)強(qiáng)度條件下的磁導(dǎo)率m=1.00005H/m。
★化學(xué)性能
1）抗氧化性能
TC4鈦合金在430℃以下長(zhǎng)時(shí)間加熱，形成很薄而且具有保護(hù)性的氧化膜。隨著加熱溫度的升高，氧化膜增厚，同時(shí)其保護(hù)性變差。合金在700℃加熱2h后，氧化膜厚度達(dá)到25um。在800℃以上的溫度加熱形成疏松的氧化層。在1000℃加熱1h后，氧化層的厚度達(dá)到0.65mm。
2）耐腐蝕性能
①TC4鈦合金與結(jié)構(gòu)鋼和鋁合金的接觸腐蝕性能見(jiàn)表2-5
②熱鹽應(yīng)力腐蝕性能見(jiàn)表2-6。
3）力學(xué)性能
技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能見(jiàn)表3-1。
室溫及各種溫度下的力學(xué)性能
①硬度退火狀態(tài)的室溫硬度HBS255～341；固溶時(shí)效狀態(tài)的室溫硬度HBS293～3615。
②拉伸性能
板材的室溫拉伸性能統(tǒng)計(jì)值見(jiàn)表3-2。
棒材的室溫拉伸性能統(tǒng)計(jì)值見(jiàn)表3-3和表3-4。
鍛件的室溫拉伸性能統(tǒng)計(jì)值見(jiàn)表3-5、表3-6和表3-7。
各種溫度下的拉伸性能見(jiàn)表3-8。
取樣方向?qū)煨阅艿挠绊懸?jiàn)表3-9。
沖擊性能室溫沖擊韌性見(jiàn)表3-11。
各種溫度下的沖擊韌性見(jiàn)表3-12。
彎曲性能室溫彎曲角見(jiàn)表3-13。
扭轉(zhuǎn)與剪切性能：
扭轉(zhuǎn)性能見(jiàn)表3-14。
剪切性能見(jiàn)表3-15。
承載性能見(jiàn)表3-16。
應(yīng)力集中見(jiàn)表3-17。
11.應(yīng)用：
TC4（Ti-6A1-4V）鈦合金是由美國(guó)于1954年研制成功的Ti-AI-V系α-B型鈦合金，含有6%的α穩(wěn)定元素A1和4%的B穩(wěn)定元素V。TC4鈦合金名義成分的鋁當(dāng)量為7.0，錯(cuò)當(dāng)量為2.9。Al在Ti-A1-V系中通過(guò)固溶強(qiáng)化α相提高合金的室溫強(qiáng)度和熱強(qiáng)性能，而V是鈦合金中既提高強(qiáng)度又改善塑性的少數(shù)合金元素之一。V對(duì)鈦合金塑性的有利影響，是因?yàn)樗幌翊蠖鄶?shù)合金元素那樣增大α鈦晶格c/a軸的比值，而是減小該比值，從而提高α相的塑性變形能力。此外，V還能抑制α超結(jié)構(gòu)相的形成，避免在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中出現(xiàn)合金脆化。
TC4鈦合金的主要特點(diǎn)是優(yōu)異的綜合性能和良好的工藝性能。TC4鈦合金具有中等的室溫和高溫強(qiáng)度，良好的螨變抗力和熱穩(wěn)定性，較高的疲勞性能和海水中的裂紋擴(kuò)展抗力，以及滿(mǎn)意的斷裂韌性和熱鹽應(yīng)力腐蝕性能，對(duì)氫的敏感性也比TC2、TCI合金小，適合制造從-196℃到450℃溫度范圍內(nèi)工作的各種零件，特別是采用損傷容限原則設(shè)計(jì)的零部件。
TC4鈦合金還具有優(yōu)良的工藝塑性和超塑性，適合于用各種壓力加工方法進(jìn)行成形，并采用各種方式進(jìn)行焊接和機(jī)械加工。
TC4鈦合金的主要半成品形式是棒材、鍛件、薄板、厚板、型材和絲材等。該合金主要在退火狀態(tài)下使用，也可以采用固溶時(shí)效處理進(jìn)行一定程度的強(qiáng)化，然而濃透截面一般不超過(guò)25～30mm。作為一個(gè)多用途材料，TC4鈦合金在航空航天工業(yè)和各民用行業(yè)都獲得了廣泛的推廣應(yīng)用。全世界Ti-6A1-4V合金半成品的產(chǎn)量占各種鈦合金半成品總產(chǎn)量的一半以上，在航空航天工業(yè)中超過(guò)80%。所以，TC4鈦合金的研究工作、組織性能分析、生產(chǎn)和使用經(jīng)驗(yàn)最為充分。在討論鈦合金的技術(shù)時(shí)常常把TC4作為鈦合金的典型代表，例如，比強(qiáng)度高、抗氧化、耐腐蝕、耐低溫等。目前，針對(duì)不同的使用條件和工藝要求，各國(guó)都出現(xiàn)了許多Ti-6A1-4V鈦合金的改型，如TC4ELI、TC4-DT，其主要區(qū)別是不同的Al、V含量和較低的
間隙元素雜質(zhì)含量。
TC4鈦合金在航空航天中主要用于制造飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的各種梁、隔框、滑軌、起落架梁，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇和壓氣機(jī)盤(pán)、葉片，航天火箭的殼體、壓力容器，以及各種類(lèi)型的緊固件。用TC4鈦合金代替30CrMnSiA結(jié)構(gòu)鋼，可以實(shí)現(xiàn)減輕零件質(zhì)量約30%。TC4鈦合金適合制造-196℃到450℃溫度范圍內(nèi)要求中等強(qiáng)度和高綜合力學(xué)性能的零部件。
TC4鈦合金退火狀態(tài)10000h工作壽命的最高工作溫度可達(dá)450℃，而熱處理強(qiáng)化狀態(tài)3000h工作壽命的最高工作溫度為400℃。即使在-196℃的低溫，TC4鈦合金仍具有良好的塑性和韌性。
TC4鈦合金在民用行業(yè)中也獲得了廣泛應(yīng)用。例如，電力工業(yè)中的燃?xì)廨啓C(jī)葉片，造船工業(yè)中的船舶推進(jìn)器，海洋工程中的近海油田鉆井平臺(tái)，化學(xué)工業(yè)中的各種耐蝕泵，醫(yī)學(xué)中的人工植人物，各種防彈裝甲以及運(yùn)動(dòng)器材中的高爾夫球頭等。
TC4鈦合金在汽車(chē)工業(yè)中有著很大的應(yīng)用前景。TC4鈦合金可用于制造汽車(chē)車(chē)架、曲柄軸、連桿、螺栓、進(jìn)油閥和懸架彈簧等。限制TC4鈦合金在汽車(chē)工業(yè)中大量應(yīng)用的主要因素是價(jià)格。已經(jīng)研制成功的低成本Ti62S（Ti-6Al-1.7Fe-0.1Si）鈦合金，其力學(xué)性能和工藝塑性與TC4鈦合金相當(dāng)。
