Ti-6Al-4V屬于國標鈦合金 TC4執行標準2965
一、TC4材料介紹
TC4合金組成為Ti-6Al-4V，其含有6% α 穩定元素AI和4% β 穩定元素V，是 α-β 型兩相鈦合金的一種。TC4合金材料由于物理和力學機械性能優秀，成功應用在航空航天、醫療、化工石油、船舶制造等多個領域。
Ti-6Al-4V（TC4）兼有α及β兩類鈦合金的優點，即塑性好、熱強性好（可400℃在長期工作）、抗海水腐蝕能力很強，生產工藝簡單，可以焊接、冷熱成型，并可通過淬火和時效處理進行強化。主要應用于飛機壓氣機盤和葉片、艦艇耐壓殼體、大尺寸鍛件、模鍛件等。
二、TC4的化學成分
TC4含鈦(Ti)余量
鋁(Al)5.5~6.8
釩(V)3.5~4.5
鐵(Fe)≤0.30
氧(O)≤0.20
碳(C)≤0.10
氮(N)≤0.05
氫(H)≤0.015
三、TC4熱處理制度
1）退火
板材：700-850℃，0.5-2h，空冷；棒材和鍛件：700-800℃，1-2h，空冷。
2）真空退火
700-800℃，0.5-2h，爐冷至200°C以下允許出爐空冷。爐內絕對壓強應不大于0.09Pa。
3）固溶處理
910-940℃，0.5-2h，水淬。
4）時效
520-550°C，2-4h，空冷。
5）去應力退火
完全去應力退火：600-650℃，1-4h,空冷；不完全去應力退火：500-600℃，0.5-3h，空冷。去應力退火可以在空氣爐或真空爐中進行。
TC4熔煉與鑄造工藝
鑄錠應該經過兩次以上真空自耗電極電弧爐熔煉。發動機轉子零件用料應經過三次熔煉。合金元素V以A1-V中間合金方式加入。自耗電極的焊接嚴禁使用鎢極氬弧焊，采用氬氣保護等離子焊接方法。
TC4應用概況
TC4鈦合金在國內是20世紀60年代初期開始研制生產的，現已廣泛用于制造航空發動機風扇和壓氣機的盤與葉片，以及飛機結構中的各種承力梁、框、接頭和緊固件等。
TC4特殊要求
1）初生α相數量
TC4合金的力學性能與初生 α 相數量和形態有密切關系，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 相數量越少，則高溫持久、蠕變和斷裂韌度越好。為了獲得優異的綜合性能，初生 α 相含量通常希望控制在15%-50%范圍內。如果初生 α 相含量超過這個范圍，允許在正常退火之前增加一次高溫固溶處理，即在 β 轉變溫度以下30-60℃保溫lh，隨后空冷或水冷。當初生 α 相含量過少時，只能通過在兩相區的重新熱變形來提高初生 α 相含量。
2）氧含量影響
隨著氧含量的增加，TC4合金的抗拉強度明顯提高，拉伸塑性和斷裂韌度急劇下降。氧含量過高還會導至焊接性能變差。因此，在保證強度水平的前提下，應將氧含量控制在較低的范圍內。特別是用于低溫下工作的各種容器，應該選用w(o)≤0.13%的TC4合金材料。
3）接觸腐蝕
當TC4鈦合金零件與鋁合金和結構鋼零件接觸時，特別是在一定的腐蝕介質條件下，鋁合金和結構鋼零件由于電極電位較負，作為接觸偶的陽極，會遭受加速腐蝕和破壞。因此，在TC4鈦合金零件與鋁合金或結構鋼零件之間，應采取加墊防接觸腐蝕膠布等防護措施。TC4合金零件嚴禁與鉛、鋅、鎘、錫、銀、鉍等金屬的零件或工具接觸。
4）微動腐蝕破壞
TC4合金由于耐磨性較差，當零件發生微動磨蝕時，會引起疲勞強度的 迅速下降。為減少微動磨蝕，在TC4合金零件與其他金屬零件的配合面之間，應涂潤滑脂、油漆，或將 TC4合金零件表面進行陽極化處理。
為確保TC4合金零件在使用過程中的可靠性，對于制造壓氣機盤、葉片和飛機結構件用的棒材、鍛坯、自由鍛件和模鍛件，必須進行超聲探傷。航空發動機用模鍛件探傷，一般采用平底孔直徑為0.8mm的標準樣塊；飛機結構用模鍛件探傷，一般采用平底孔直徑為1.2mm的標準樣塊。
TC4抗氧化性能
TC4鈦合金在430℃以下長時間加熱，形成很薄而且具有保護性的氧化膜。隨著加熱溫度的升高，氧化膜增厚，同時其保護性變差。合金在700°C加熱2h后，氧化膜厚度達到 25μrn。在800℃以上的溫度加熱形成疏的氧化層。在1000℃加熱1h后，氧化層的厚度達到0.65mm。
TC4焊接性能
1）TC4合金可用氬弧焊、點焊、釬焊、電子束焊和等離子焊等多種方式進行焊接。焊接接頭的強度與基體金屬基本相當。
2）TC4合金焊接后在550-650℃進行去應力退火，可以消除70%-80%的焊接應力。板材零件焊接后的去應力退火，好在真空爐或保護氣氛爐中進行。
3）TC4合金具有良好的擴散連接特性。連接過程全部在真空中完成。典型的擴散連接工藝參數：加熱溫度為820-1040℃，加壓壓力為35-70MPa，保持時間為0.5-6h。
零件熱處理工藝
1）半成品或零件退火時，保溫時間取決于截面厚度。截面厚度小于或等于10mm時，保溫時間不超過30min;11-50mm時為30-60min;大于50mm時為1-2h。
2）零件熱處理選用各種型式的電爐，處理前必須徹底清掃爐膛。采用煤氣或油爐加熱時，必須對爐內氣氛進行嚴格控制，使其保持微氧化氣氛，還要注意勿使燃燒噴嘴直接噴向零件。
3）真空退火前應清除零件表面的氧化皮和富氧層，入爐前還要認真除油。復雜形狀的零件真空退火時必須采用夾具固定，以減少零件變形。入爐零件好用預先除氣的無氧化鈦屑填滿，以防止零件氧化。
表面處理工藝
1）為提高鈦合金零件的疲勞強度可進行表面噴丸處理。一般采用直徑為2-5mm的鋼丸，能產生大約785MPa的表面壓應力，表面強化深度約為200μm。噴丸強化可顯著提高TC4合金的疲勞強度。
2）為改善TC4鈦合金的耐磨性能，在零件的易磨損部位，例如風扇葉片的阻尼臺側面，采用等離子或爆炸噴涂方法噴涂碳化鎢、碳化鉻等難熔質點涂層。這種方法還可用于鈦合金零件已磨損部位的修補。
3）為避免鈦合金零件在工作中發生擦傷和粘結，在有磨擦接觸和螺紋組合的零件上，應進行陽極化、鍍鉻、化學鍍鎳或滲氮處理。
切削加工與磨削性能
1） TC4合金由于導熱性差、化學活性高，切削加工時刀尖處溫度升高較快，容易造成刀具磨損，應注意合理選擇刀具材料和加工工藝參數。采用氯化冷卻液可延長刀具壽命，改善加工表面質量。
2）銑削加工推薦采用高速鋼和硬質合金螺旋立銑刀。硬質合金刀具材料應選用碳化鎢類，不要選用碳化鈦類。TC4合金鈷深孔時難度較大，應針對被加工零件設計專用鉆頭，選擇較大的頂角。當鉆頭直徑大于6mm時，為便于排屑，應在切削刃部開分肩槽。
3） TC4合金磨削時容易產生燒傷、波紋及變形。建議選用綠色碳化硅磨輪，這種磨料與剛玉及其混合磨料比較，磨削性能好、金屬去除量大、功率消耗小。采用中等疏松磨輪，有利于降低磨削區溫度。磨削液好選用水劑切削液。
TC4使用建議
建議選用TC4鈦合金制造飛機機身、機翼結構中的各種梁、接頭、隔框和航空發動機風扇及壓氣機中的盤件、葉片。用TC4鈦合金代替30CrMnSiA等結構鋼，可以實現減輕零件重量約30%。
四、TC4鈦合金的應用
TC4材料密度小、比強度大、耐腐蝕、工藝塑性和焊接性能良好，工作溫度在-100~550℃之間，被廣泛應用在航空工業中的發動機的風扇、葉片和壓氣機盤，還有飛機結構中的各種承力梁、接頭、隔框等多種重要的承力構件。還被用來代替一些結構鋼，如30CrMnSiA等，大約可減輕百分之三十的零件重量。
