TC10钛合金棒

详细描述

TC10钛合金棒凭借其高强度、高温性能及损伤容限优势，在航空发动机、燃气轮机等高端领域占据核心地位。其复杂的成分设计（Mo、Zr、Si协同强化）与严格的热处理工艺对供应商技术要求极高，采购时需重点关注高温持久性能与组织均匀性。相较于TC4，TC10的耐温性提升显著，但成本与加工难度同步增加；对比镍基合金，其轻量化特性在500℃以下场景更具竞争力，是高温高强工况下的战略材料选择。

1、性能

力学性能

抗拉强度：1050-1200 MPa（双重退火态）

屈服强度：≥950 MPa

延伸率：≥10%（断裂韧性KIC≥60 MPa·m¹/²）

弹性模量：115-125 GPa（高刚性，适合承力结构）。

热性能

工作温度：长期使用温度≤500℃，短期可达600℃（氧化增重≤1.0 mg/cm²·h）。

热膨胀系数：9.0×10⁻⁶/℃（20-500℃）。

耐腐蚀性

耐海水、氯化物及高温氧化环境，但抗还原性酸（如盐酸）能力较弱。

2、特点

优势

高强度与高温性能：通过添加Mo、Sn等元素，强度较TC4提升15%，500℃下强度保持率≥70%。

损伤容限优异：裂纹扩展速率低（da/dN≤3×10⁻⁶ mm/cycle，ΔK=20 MPa√m）。

焊接性能良好：激光焊、电子束焊焊缝强度达母材85%以上。

缺点

加工难度高：热成型温度窗口窄（仅50-80℃），需严格控温。

成本较高：含稀有元素（如Mo），价格是TC4的1.5-2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 7239-2018（航空用TC10合金规范，规定疲劳与高温性能）。

GB/T 3620.1-2016（成分：Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si）。

国际对应

类似美国Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo（Ti-6242S）（AMS 4919），但TC10含Si以提升蠕变抗力。

4、应用领域

航空航天

发动机部件：压气机盘、叶片（500℃以下耐热疲劳）。

机身结构：机翼梁、接头（替代30CrMnSiNi2A减重30%）。

能源

燃气轮机叶片：耐高温燃气腐蚀，使用寿命较Inconel 718提升20%。

船舶：

核潜艇耐压壳体：耐海水腐蚀与高压（设计深度＞600米）。

化工：

高温反应器螺栓：耐H₂S应力腐蚀，寿命较316Ti不锈钢延长3倍。

5、制造工艺

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

锻造：

β相区开坯：1000-1050℃锻造，细化原始β晶粒至≤200μm。

α+β两相区终锻：900-950℃终锻，形成双态组织（初生α相占比40-50%）。

热处理：

双重退火：955℃×1h空冷 + 595℃×8h空冷，优化强韧性匹配。

加工：

热轧：变形量50-70%，需中间退火（750℃×1h）。

焊接：真空电子束焊（真空度≤5×10⁻³ Pa），焊后需600℃×4h去应力退火。

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：需具备NADCAP热处理认证及航空材料AS9100D资质。

工艺验证：供应商应提供EBCHM熔炼工艺记录及β晶粒细化证明。

合同要点

成分控制：明确Mo（1.8-2.2%）、Zr（3.5-4.5%），O≤0.12%。

性能指标：规定500℃高温持久强度（300 MPa下断裂时间≥100h）。

到货检验

无损检测：按HB 7239进行超声波探伤（Φ1.0mm平底孔缺陷不超标）。

金相分析：检查初生α相比例（40-50%）及β晶粒尺寸（≤200μm）。

加工建议

热成型：模具预热至350℃，避免因热应力导致开裂。

表面处理：微弧氧化（膜厚15-25μm，击穿电压≥500 V）。