TC4 ELI鈦合金棒

詳細(xì)描述

TC4 ELI鈦合金是TC4鈦合金的高純度改進(jìn)型，通過(guò)降低間隙元素（Fe、O、N、C等）含量?jī)?yōu)化性能，主要服務(wù)于高端工業(yè)及醫(yī)療領(lǐng)域。利泰金屬將TC4 ELI鈦合金棒的性能、特點(diǎn)、應(yīng)用等整理如下：

1、性能

力學(xué)性能

抗拉強(qiáng)度：860~965 MPa（退火態(tài)）

屈服強(qiáng)度：≥795 MPa

延伸率：≥12%（斷裂韌性KIC≥70 MPa·m1/2，優(yōu)于普通TC4）

彈性模量：110~120 GPa（與普通TC4相近）。

低溫性能

-196℃沖擊韌性：≥50 J（普通TC4僅35 J），適合液氮環(huán)境。

熱性能

工作溫度：長(zhǎng)期使用溫度≤350℃，短期可達(dá)450℃。

熱膨脹系數(shù)：8.6×10??/℃（20-400℃）。

耐腐蝕性

耐海水、氯化物及生物體液腐蝕（植入物腐蝕速率＜0.5 μm/年）。

2、特點(diǎn)

優(yōu)勢(shì)

超低間隙元素（ELI）：O≤0.13%、N≤0.05%、H≤0.0125%，顯著提升斷裂韌性與抗疲勞性能（疲勞壽命較普通TC4提高30%）。

生物相容性?xún)?yōu)異：通過(guò)ISO 5832-3認(rèn)證，可直接用于人體植入。

低溫強(qiáng)韌性：-196℃下仍保持高韌性，適合航天低溫燃料儲(chǔ)罐。

缺點(diǎn)

成本高昂：因熔煉工藝復(fù)雜，價(jià)格是普通TC4的1.5-2倍。

加工硬化敏感：冷加工需頻繁退火（變形量＞30%需中間退火）。

3、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

ASTM F136（醫(yī)用Ti-6Al-4V ELI，規(guī)定O≤0.13%）。

AMS 4930（航空用ELI級(jí)棒材，要求-196℃沖擊韌性）。

ISO 5832-3（外科植入物材料標(biāo)準(zhǔn)）。

國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 13810-2017（外科植入物用鈦合金，等同ASTM F136）。

GJB 2744A-2007（航空用TC4 ELI棒材規(guī)范）。

4、應(yīng)用領(lǐng)域

醫(yī)療植入物

人工關(guān)節(jié)：髖臼杯、股骨柄（疲勞壽命＞10?次循環(huán)）。

骨板/螺釘：抗腐蝕性?xún)?yōu)于不銹鋼，無(wú)需二次取出手術(shù)。

航空航天

低溫部件：液氫/液氧儲(chǔ)罐支架（-253℃下服役）。

發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片：350℃以下高周疲勞部件。

深海裝備

載人潛水器外殼：耐4500米深海高壓腐蝕。

5、制造工藝

熔煉：三次真空自耗電弧熔煉（VAR） + 冷床爐（EBCHM）精煉，確保O≤0.13%。

鍛造：

α+β兩相區(qū)鍛造：920-950℃開(kāi)坯，終鍛溫度≥850℃，獲得雙態(tài)組織（初生α相占比40-50%）。

熱處理：

退火工藝：700-800℃×1-2h空冷，消除殘余應(yīng)力。

固溶+時(shí)效（可選）：950℃水淬 + 480-550℃時(shí)效，提升強(qiáng)度。

加工：

醫(yī)療級(jí)表面處理：電解拋光（Ra≤0.2μm） + 鈍化（HNO?溶液）。

6、與其他合金對(duì)比

7、采購(gòu)方法與注意事項(xiàng)

供應(yīng)商篩選

資質(zhì)認(rèn)證：醫(yī)用級(jí)需ISO 13485認(rèn)證，航空級(jí)需NADCAP熱處理認(rèn)證。

熔煉記錄：要求提供三次VAR熔煉的爐號(hào)及雜質(zhì)控制報(bào)告。

合同要點(diǎn)

成分要求：明確O≤0.13%、N≤0.05%、H≤0.0125%（LECO分析儀檢測(cè)）。

性能保證：-196℃沖擊功≥50 J（按AMS 4930測(cè)試）。

到貨檢驗(yàn)

化學(xué)成分：采用GDMS（輝光放電質(zhì)譜）檢測(cè)痕量元素（如Fe≤0.25%）。

無(wú)損檢測(cè)：按ASTM E1444進(jìn)行滲透檢測(cè)（不允許任何線(xiàn)性缺陷）。

加工與使用

避免污染：加工時(shí)禁用含氯切削液（防止應(yīng)力腐蝕）。

焊接工藝：推薦真空電子束焊（避免大氣污染焊縫）。

TC4 ELI鈦合金棒憑借超低間隙元素的設(shè)計(jì)，在生物相容性、低溫韌性及抗疲勞性能上顯著優(yōu)于普通TC4，是醫(yī)療植入物和航天低溫部件的首選材料。其嚴(yán)格的熔煉工藝與檢測(cè)要求導(dǎo)致成本較高，但為高風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景提供了不可替代的可靠性。采購(gòu)時(shí)需重點(diǎn)驗(yàn)證間隙元素含量與低溫性能數(shù)據(jù)，加工中需嚴(yán)防污染與氫脆。相比316L不銹鋼，TC4 ELI在長(zhǎng)期植入安全性上更具優(yōu)勢(shì)，但成本需通過(guò)延長(zhǎng)部件壽命來(lái)平衡。