TC4合金是一种中等强度的a-β型两相钛合金,含有6%a稳定元素Al和4%β稳定元素V。该合金具有优异的综合性能,在航空和航天工业中获得了zui广泛的应用。合金长时间工作温度可达℃,在航空工业中主要用于制造发动机的风扇和压气机盘及叶片,以及飞机结构中的梁、接头和隔框等重要承力构件。
TC4钛合金的主要半成品是棒材、锻件、厚板、薄板、型材和丝材等。合金主要在退火状态下使用,也可以采用固溶时效处理进行一定的强化,然而淬透截面一般不超过25mm。
该合金具有良好的工艺塑性和超塑性,适合于各种压力加工成形。该合金还可采用各种方式进行焊接和机械加工,
材料牌号TC4。
相近牌号Ti-6Al-4V(美国),BT6(俄罗斯),IMI(英国),TiAl6V4(德国)。
材料的技术标准
GB/T.1一《钛及钛合金牌号和化学成分》
GB/T.2—《钛及钛合金加工产品化学成分及成分允许偏差》
GB/T—《钛及钛合金板材》
GJB—《航空用钛及钛合金板、带材规范》
GJB—《超塑成形用TC4钛合金板材规范》
GB/T—《钛及钛合金丝材》
GB/T—《钛及钛合金棒材》
GJB-《航空发动机压气机叶片用TC4钛合金棒材》
GJB—《飞机结构用TC4钛合金棒材规范》
GJB—《航空用钛及钛合金棒材和锻坯规范》
GJB-《紧固件用钛及钛合金棒(线)材规范》
GB/T—《钛及钛合金饼和环》
GJB—《航空发动机用钛合金饼、环坯规范》
GJB—《航空用钛及钛合金自由锻件和模锻件规范》
HB—《航空发动机盘用TC4钛合金模锻件》
HB—《飞机用TC4钛合金锻件》
HB—《钛合金环形锻件》
AMSN—《退火6Al-4V钛合金棒材、丝材、锻件和环件》
化学成分GB/T.1-等标准规定的化学成分见表1-1。
热处理制度
退火板材:~℃,0.5~2h,空冷;棒材和锻件:~℃,1~2h,空冷。
真空退火~℃,0.5~2h,炉冷至℃以下允许出炉空冷。炉内绝对压强应不大于9×10-2Pa。
固溶处理~℃,0.5~2h,水淬。
时效~℃,2~4h,空冷。
去应力退火完全去应力退火:~℃,1~4h,空冷;不完全去应力退火:~
℃,0.5~3h,空冷。去应力退火可以在空气炉或真空炉中进行。
品种规格与供应状态见表1-2。
熔炼与铸造工艺铸锭应该经过两次以上真空自耗电极电弧炉熔炼。发动机转子零件用料应经过三次熔炼。合金元素V以Al-V中间合金方式加入。自耗电极的焊接严禁使用钨极氩弧焊,采用氩气保护等离子焊接方法。
应用概况与特殊要求
应用概况TC4钛合金在国内是20世纪60年代初期开始研制生产的,现已广泛用于制造航空发动机风扇和压气机的盘与叶片,以及飞机结构中的各种承力梁、框、接头和紧固件等。
特殊要求
初生α相数量TC4合金的力学性能与初生α相数量和形态有密切关系,一般讲,初生α相含量越多,室温拉伸塑性和疲劳性能越好;初生α相数量越少,则高温持久、蠕变和断裂韧度越好。为了获得优异的综合性能,初生α相含量通常希望控制在15%~50%范围内。如果初生α相含量超过这个范围,允许在正常退火之前增加一次高温固溶处理,即在β转变温度以下30~60℃保温1h,随后空冷或水冷。当初生α相含量过少时,只能通过在两相区的重新热变形来提高初生a相含量。
氧含量影响随着氧含量的增加,TC4合金的抗拉强度明显提高,拉伸塑性和断裂韧度急剧下降。氧含量过高还会导致焊接性能变差。因此,在保证强度水平的前提下,应将氧含量控制在较低的范围内。特别是用于低温下工作的各种容器,应该选用w(O)≤0.13%的TC4合金材料。
接触腐蚀当TC4钛合金零件与铝合金和结构钢零件接触时,特别是在一定的腐蚀介质条件下,铝合金和结构钢零件由于电极电位较负,作为接触偶的阳极,会遭受加速腐蚀和破坏。因此,在TC4钛合金零件与铝合金或结构钢零件之间,应采取加垫防接触腐蚀胶布等防护措施。TC4合金零件严禁与铅、锌、镉、锡、银、铋等金属的零件或工具接触。
微动磨蚀破坏TC4合金由于耐磨性较差,当零件发生微动磨蚀时,会引起疲劳强度的迅速下降。为减少微动磨蚀,在TC4合金零件与其他金属零件的配合面之间,应涂润滑脂、油漆,或将TC4合金零件表面进行阳极化处理。
为确保TC4合金零件在使用过程中的可靠性,对于制造压气机盘、叶片和飞机结构件用的棒材、锻坯、自由锻件和模锻件,必须进行超声探伤。航空发动机用模锻件探伤,一般采用平底孔直径为0.8mm的标准样块;飞机结构用模锻件探伤,一般采用平底孔直径为1.2mm的标准样块。