詳細描述

利泰金屬通過性能、特點、執行標準、應用領域、制作工藝等多維度，將TC21鈦合金棒的綜合分析如下：

1、性能

力學性能

抗拉強度：1100~1250 MPa（雙重退火態）

屈服強度：≥1000 MPa

延伸率：≥8%~10%（高韌性設計，斷裂韌性KIC≥70 MPa·m1/2）

彈性模量：110~120 GPa（高于TC4，適合高剛度場景）。

熱性能

熔點：約1600-1650℃

工作溫度：長期使用溫度≤500℃，短期可達600℃（優于TC4）。

熱膨脹系數：9.2×10??/℃（20-400℃）。

耐腐蝕性

耐海水、酸性環境，但高溫氧化性能弱于TA系列純鈦。

2、特點

優勢

高強高韌：兼具高強度（≥1100 MPa）與高損傷容限（裂紋擴展速率低）。

高溫性能優異：500℃下強度保持率≥80%，適用于發動機冷端部件。

焊接性良好：激光焊、電子束焊焊縫強度可達母材85%以上。

缺點

加工難度高：熱成型需嚴格控溫（鍛造溫度范圍窄，僅50-100℃窗口）。

成本高：含Nb、Zr等稀有元素，價格是TC4的1.8-2.5倍。

3、執行標準

國內標準

GB/T 2965-2020（鈦及鈦合金棒材通用標準）

HB 7237-2016（航空用TC21合金規范，規定低倍組織與疲勞性能）。

國際標準

AMS 4986（美國宇航材料規范，對應Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr-0.25Si）。

4、應用領域

航空航天

關鍵承力件：飛機起落架、發動機掛架（替代30CrMnSiNi2A減重35%）。

機身結構：機翼梁、框肋接頭（疲勞壽命較TC4提升50%）。

船舶：潛艇耐壓殼體加強筋（耐海水腐蝕壽命＞30年）。

能源：燃氣輪機葉片（500℃以下耐熱疲勞性能優異）。

5、制造工藝

熔煉：三次真空自耗電弧熔煉（VAR）+ 冷床爐（CHM）精煉，控制Al偏析≤0.3%。

鍛造：

β相區鍛造：950-980℃開坯，細化原始β晶粒至≤200μm。

α+β兩相區鍛造：800-850℃終鍛，獲得均勻雙態組織。

熱處理：

雙重退火：940℃×1h空冷 + 550℃×4h空冷，提升強韌性匹配。

加工：熱軋變形量需＞50%，車削推薦硬質合金刀具（線速40-60m/min）。

6、與其他合金對比

7、采購方法與注意事項

供應商篩選

資質：需具備航空材料NADCAP認證，提供熔煉爐次追溯記錄。

檢測報告：要求含高溫持久性能（500℃/300 MPa下斷裂時間≥100h）。

合同要點

技術協議：明確雙重退火工藝參數，β晶粒尺寸≤ASTM 5級。

批次管理：每批次附帶金相圖譜（顯示初生α相含量40-50%）。

到貨檢驗

成分分析：重點監控Al（5.5-6.8%）、Sn（1.5-2.5%）、Zr（1.5-2.5%）含量。

力學性能復驗：按HB 7237測試高溫拉伸（500℃下強度≥700 MPa）。

加工建議

熱成型：模具預熱至300℃，避免因變形抗力大導致開裂。

焊接：焊后需600℃×2h去應力退火，防止冷裂紋。

TC21鈦合金棒憑借其高強度、高韌性及優異高溫性能，在航空關鍵承力部件中占據重要地位。其復雜的成分設計與嚴格的熱處理工藝對供應商能力要求極高，采購時需重點關注高溫性能檢測與組織均勻性。與TC4相比，TC21的耐溫性提升顯著，但成本與加工難度也同步增加，需根據具體工況權衡選型。