TC4 ELI钛合金棒

详细描述

TC4 ELI钛合金是TC4钛合金的高纯度改进型，通过降低间隙元素（Fe、O、N、C等）含量优化性能，主要服务于高端工业及医疗领域。利泰金属将TC4 ELI钛合金棒的性能、特点、应用等整理如下：

1、性能

力学性能

抗拉强度：860~965 MPa（退火态）

屈服强度：≥795 MPa

延伸率：≥12%（断裂韧性KIC≥70 MPa·m¹/²，优于普通TC4）

弹性模量：110~120 GPa（与普通TC4相近）。

低温性能

-196℃冲击韧性：≥50 J（普通TC4仅35 J），适合液氮环境。

热性能

工作温度：长期使用温度≤350℃，短期可达450℃。

热膨胀系数：8.6×10⁻⁶/℃（20-400℃）。

耐腐蚀性

耐海水、氯化物及生物体液腐蚀（植入物腐蚀速率＜0.5 μm/年）。

2、特点

优势

超低间隙元素（ELI）：O≤0.13%、N≤0.05%、H≤0.0125%，显著提升断裂韧性与抗疲劳性能（疲劳寿命较普通TC4提高30%）。

生物相容性优异：通过ISO 5832-3认证，可直接用于人体植入。

低温强韧性：-196℃下仍保持高韧性，适合航天低温燃料储罐。

缺点

成本高昂：因熔炼工艺复杂，价格是普通TC4的1.5-2倍。

加工硬化敏感：冷加工需频繁退火（变形量＞30%需中间退火）。

3、执行标准

国际标准

ASTM F136（医用Ti-6Al-4V ELI，规定O≤0.13%）。

AMS 4930（航空用ELI级棒材，要求-196℃冲击韧性）。

ISO 5832-3（外科植入物材料标准）。

国内标准

GB/T 13810-2017（外科植入物用钛合金，等同ASTM F136）。

GJB 2744A-2007（航空用TC4 ELI棒材规范）。

4、应用领域

医疗植入物

人工关节：髋臼杯、股骨柄（疲劳寿命＞10⁷次循环）。

骨板/螺钉：抗腐蚀性优于不锈钢，无需二次取出手术。

航空航天

低温部件：液氢/液氧储罐支架（-253℃下服役）。

发动机压气机叶片：350℃以下高周疲劳部件。

深海装备

载人潜水器外壳：耐4500米深海高压腐蚀。

5、制造工艺

熔炼：三次真空自耗电弧熔炼（VAR） + 冷床炉（EBCHM）精炼，确保O≤0.13%。

锻造：

α+β两相区锻造：920-950℃开坯，终锻温度≥850℃，获得双态组织（初生α相占比40-50%）。

热处理：

退火工艺：700-800℃×1-2h空冷，消除残余应力。

固溶+时效（可选）：950℃水淬 + 480-550℃时效，提升强度。

加工：

医疗级表面处理：电解抛光（Ra≤0.2μm） + 钝化（HNO₃溶液）。

6、与其他合金对比

7、采购方法与注意事项

供应商筛选

资质认证：医用级需ISO 13485认证，航空级需NADCAP热处理认证。

熔炼记录：要求提供三次VAR熔炼的炉号及杂质控制报告。

合同要点

成分要求：明确O≤0.13%、N≤0.05%、H≤0.0125%（LECO分析仪检测）。

性能保证：-196℃冲击功≥50 J（按AMS 4930测试）。

到货检验

化学成分：采用GDMS（辉光放电质谱）检测痕量元素（如Fe≤0.25%）。

无损检测：按ASTM E1444进行渗透检测（不允许任何线性缺陷）。

加工与使用

避免污染：加工时禁用含氯切削液（防止应力腐蚀）。

焊接工艺：推荐真空电子束焊（避免大气污染焊缝）。

TC4 ELI钛合金棒凭借超低间隙元素的设计，在生物相容性、低温韧性及抗疲劳性能上显著优于普通TC4，是医疗植入物和航天低温部件的首选材料。其严格的熔炼工艺与检测要求导致成本较高，但为高风险场景提供了不可替代的可靠性。采购时需重点验证间隙元素含量与低温性能数据，加工中需严防污染与氢脆。相比316L不锈钢，TC4 ELI在长期植入安全性上更具优势，但成本需通过延长部件寿命来平衡。