1.概述

TC4合金的名义成分为Ti-6A1-4V，是一种中等强度的α+B型钛合金。该合金综合性能优异，具有良好的工艺塑性和超塑性，适合于各种压力加工成形，可采用各种方式的焊接和机械加工，在航空航天工业中获得了最广泛的应用。合金主要在退火状态下使用，也可采用固溶时效热处理，但萍透截面厚度一般不超过25mm，长期工作温度可达400℃，适用于制造发动机的风扇、压气机盘及叶片，以及飞机的梁、接头、隔框、紧固件等承力构件。

TC4合金在大气环境和海水中均具有优良的耐腐蚀性能。合金在430℃以下长时间加热，表面会形成一层薄且具有保护性的氧化膜，随着加热温度的升高，氧化膜增厚，防护性能变差。

2.材料牌号

TC4。

3.相近牌号

美Ti-6A1-4V（Gr.5）、英IMI318、俄BT6、德TiA6V4

4.TC4材料的技术标准

GB/T 3620.1-2006《钛及钛合金牌号和化学成分》查看

GB/T 3620.2-1994《钛及钛合金加工产品化学成分及成分允许偏差》查看

GB/T 3621-2007《钛及钛合金板材》查看 

GJB 2505-1995《航空用钛及钛合金板、带材规范》查看

GJB 2921-1997《超塑成形用TC4钛合金板材规范》查看

GB/T 3623-1998《钛及钛合金丝材》查看

GB/T 2965-2007《钛及钛合金棒材》查看

GJB 493-1988《航空发动机压气机叶片用TC4钛合金棒材》查看

GJB 1538-1992《飞机结构用TC4钛合金棒材规范》查看

GJB 2218-1994《航空用钛及钛合金棒材和锻坏规范》查看

GJB 2219-1994《紧固件用钛及钛合金棒（线）材规范》查看

GB/T 16598-1998《钛及钛合金饼和环》查看

GJB 2220-1994《航空发动机用钛合金饼、环坏规范》查看

GJB 2744-1996《航空用钛及钛合金自由锻件和模锻件规范》查看

HB 5224-1982《航空发动机盘用TC4钛合金模锻件》查看

HB 5432-11989《飞机用TC4钛合金锻件》查看

HB 7238-1995《钛合金环形锻件》查看

AMS 4928N1993《退火6A1-4V钛合金棒材、丝材、锻件和环件》查看

5.化学成分

GB/T3620.1—2007规定的化学成分，见表1-1。

6.热处理制度

①棒材和锻件退火：700～800℃，1~2,空冷

②真空退火：700~800℃，0.5~2h，炉冷至200℃以下允许出炉空冷，炉内绝对压强应不大于9×102Pa。

③固溶处理：910~940℃，0.5~2h,水。

④时效：520~550℃，2~4h,空冷。去应力退火。

⑤去应力退火：完全去应力退火：600～650℃，1~4h,空冷；不完全去应力退火：500～600℃，0.5~3h，空冷。去应力退火可以在空气炉或真空炉中进行。

7.规格和状态

品种规格及供应状态，见表1-2

8.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A1-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。

9.应用概况与特殊要求

1）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。

2）特殊要求

①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、蟠变和断裂韧度越好。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α相含量。

②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。氧含量过高还会导至焊接性能变差。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。

③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、镐、锡、银、等金属的零件或工具接触。

④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，或将合金零件表面进行阳极化处理。

⑤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、锻坏、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。

10.物理和化学性能：

★物理性能

1）热性能

①熔化温度范围：1630~1650℃

②热导率：见表2-1。

③比热容见表2-2。

④线膨胀系数见表2-3。

2）密度：4.44g/cm3

3）电性能电阻率见表2-4。

4）磁性能无磁性。在1592A/m磁场强度条件下的磁导率m=1.00005H/m。

★化学性能

1）抗氧化性能

TC4钛合金在430℃以下长时间加热，形成很薄而且具有保护性的氧化膜。随着加热温度的升高，氧化膜增厚，同时其保护性变差。合金在700℃加热2h后，氧化膜厚度达到25um。在800℃以上的温度加热形成疏松的氧化层。在1000℃加热1h后，氧化层的厚度达到0.65mm。

2）耐腐蚀性能

①TC4钛合金与结构钢和铝合金的接触腐蚀性能见表2-5

②热盐应力腐蚀性能见表2-6。

3）力学性能

技术标准规定的性能见表3-1。

室温及各种温度下的力学性能

①硬度退火状态的室温硬度HBS255～341；固溶时效状态的室温硬度HBS293～3615。

②拉伸性能

板材的室温拉伸性能统计值见表3-2。

棒材的室温拉伸性能统计值见表3-3和表3-4。

锻件的室温拉伸性能统计值见表3-5、表3-6和表3-7。

各种温度下的拉伸性能见表3-8。

取样方向对拉伸性能的影响见表3-9。

冲击性能室温冲击韧性见表3-11。

各种温度下的冲击韧性见表3-12。

弯曲性能室温弯曲角见表3-13。

扭转与剪切性能：

扭转性能见表3-14。

剪切性能见表3-15。

承载性能见表3-16。

应力集中见表3-17。

11.应用： 

TC4（Ti-6A1-4V）钛合金是由美国于1954年研制成功的Ti-AI-V系α-B型钛合金，含有6%的α稳定元素A1和4%的B稳定元素V。TC4钛合金名义成分的铝当量为7.0，错当量为2.9。Al在Ti-A1-V系中通过固溶强化α相提高合金的室温强度和热强性能，而V是钛合金中既提高强度又改善塑性的少数合金元素之一。V对钛合金塑性的有利影响，是因为它不像大多数合金元素那样增大α钛晶格c/a轴的比值，而是减小该比值，从而提高α相的塑性变形能力。此外，V还能抑制α超结构相的形成，避免在长时间使用过程中出现合金脆化。

TC4钛合金的主要特点是优异的综合性能和良好的工艺性能。TC4钛合金具有中等的室温和高温强度，良好的螨变抗力和热稳定性，较高的疲劳性能和海水中的裂纹扩展抗力，以及满意的断裂韧性和热盐应力腐蚀性能，对氢的敏感性也比TC2、TCI合金小，适合制造从-196℃到450℃温度范围内工作的各种零件，特别是采用损伤容限原则设计的零部件。

TC4钛合金还具有优良的工艺塑性和超塑性，适合于用各种压力加工方法进行成形，并采用各种方式进行焊接和机械加工。

TC4钛合金的主要半成品形式是棒材、锻件、薄板、厚板、型材和丝材等。该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程度的强化，然而浓透截面一般不超过25～30mm。作为一个多用途材料，TC4钛合金在航空航天工业和各民用行业都获得了广泛的推广应用。全世界Ti-6A1-4V合金半成品的产量占各种钛合金半成品总产量的一半以上，在航空航天工业中超过80%。所以，TC4钛合金的研究工作、组织性能分析、生产和使用经验最为充分。在讨论钛合金的技术时常常把TC4作为钛合金的典型代表，例如，比强度高、抗氧化、耐腐蚀、耐低温等。目前，针对不同的使用条件和工艺要求，各国都出现了许多Ti-6A1-4V钛合金的改型，如TC4ELI、TC4-DT，其主要区别是不同的Al、V含量和较低的

间隙元素杂质含量。

TC4钛合金在航空航天中主要用于制造飞机结构中的各种梁、隔框、滑轨、起落架梁，航空发动机的风扇和压气机盘、叶片，航天火箭的壳体、压力容器，以及各种类型的紧固件。用TC4钛合金代替30CrMnSiA结构钢，可以实现减轻零件质量约30%。TC4钛合金适合制造-196℃到450℃温度范围内要求中等强度和高综合力学性能的零部件。

TC4钛合金退火状态10000h工作寿命的最高工作温度可达450℃，而热处理强化状态3000h工作寿命的最高工作温度为400℃。即使在-196℃的低温，TC4钛合金仍具有良好的塑性和韧性。

TC4钛合金在民用行业中也获得了广泛应用。例如，电力工业中的燃气轮机叶片，造船工业中的船舶推进器，海洋工程中的近海油田钻井平台，化学工业中的各种耐蚀泵，医学中的人工植人物，各种防弹装甲以及运动器材中的高尔夫球头等。

TC4钛合金在汽车工业中有着很大的应用前景。TC4钛合金可用于制造汽车车架、曲柄轴、连杆、螺栓、进油阀和悬架弹簧等。限制TC4钛合金在汽车工业中大量应用的主要因素是价格。已经研制成功的低成本Ti62S（Ti-6Al-1.7Fe-0.1Si）钛合金，其力学性能和工艺塑性与TC4钛合金相当。