TC21钛合金棒

详细描述

利泰金属通过性能、特点、执行标准、应用领域、制作工艺等多维度，将TC21钛合金棒的综合分析如下：

1、性能

力学性能

抗拉强度：1100~1250 MPa（双重退火态）

屈服强度：≥1000 MPa

延伸率：≥8%~10%（高韧性设计，断裂韧性KIC≥70 MPa·m¹/²）

弹性模量：110~120 GPa（高于TC4，适合高刚度场景）。

热性能

熔点：约1600-1650℃

工作温度：长期使用温度≤500℃，短期可达600℃（优于TC4）。

热膨胀系数：9.2×10⁻⁶/℃（20-400℃）。

耐腐蚀性

耐海水、酸性环境，但高温氧化性能弱于TA系列纯钛。

2、特点

优势

高强高韧：兼具高强度（≥1100 MPa）与高损伤容限（裂纹扩展速率低）。

高温性能优异：500℃下强度保持率≥80%，适用于发动机冷端部件。

焊接性良好：激光焊、电子束焊焊缝强度可达母材85%以上。

缺点

加工难度高：热成型需严格控温（锻造温度范围窄，仅50-100℃窗口）。

成本高：含Nb、Zr等稀有元素，价格是TC4的1.8-2.5倍。

3、执行标准

国内标准

GB/T 2965-2020（钛及钛合金棒材通用标准）

HB 7237-2016（航空用TC21合金规范，规定低倍组织与疲劳性能）。

国际标准

AMS 4986（美国宇航材料规范，对应Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr-0.25Si）。

4、应用领域

航空航天

关键承力件：飞机起落架、发动机挂架（替代30CrMnSiNi2A减重35%）。

机身结构：机翼梁、框肋接头（疲劳寿命较TC4提升50%）。

船舶：潜艇耐压壳体加强筋（耐海水腐蚀寿命＞30年）。

能源：燃气轮机叶片（500℃以下耐热疲劳性能优异）。

5、制造工艺

熔炼：三次真空自耗电弧熔炼（VAR）+ 冷床炉（CHM）精炼，控制Al偏析≤0.3%。

锻造：

β相区锻造：950-980℃开坯，细化原始β晶粒至≤200μm。

α+β两相区锻造：800-850℃终锻，获得均匀双态组织。

热处理：

双重退火：940℃×1h空冷 + 550℃×4h空冷，提升强韧性匹配。

加工：热轧变形量需＞50%，车削推荐硬质合金刀具（线速40-60m/min）。

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：需具备航空材料NADCAP认证，提供熔炼炉次追溯记录。

检测报告：要求含高温持久性能（500℃/300 MPa下断裂时间≥100h）。

合同要点

技术协议：明确双重退火工艺参数，β晶粒尺寸≤ASTM 5级。

批次管理：每批次附带金相图谱（显示初生α相含量40-50%）。

到货检验

成分分析：重点监控Al（5.5-6.8%）、Sn（1.5-2.5%）、Zr（1.5-2.5%）含量。

力学性能复验：按HB 7237测试高温拉伸（500℃下强度≥700 MPa）。

加工建议

热成型：模具预热至300℃，避免因变形抗力大导致开裂。

焊接：焊后需600℃×2h去应力退火，防止冷裂纹。

TC21钛合金棒凭借其高强度、高韧性及优异高温性能，在航空关键承力部件中占据重要地位。其复杂的成分设计与严格的热处理工艺对供应商能力要求极高，采购时需重点关注高温性能检测与组织均匀性。与TC4相比，TC21的耐温性提升显著，但成本与加工难度也同步增加，需根据具体工况权衡选型。