Ti60鈦棒

材質： Ti60（Ti-5.8Al-4Sn-3.5Zr-0.7Nb-0.5Mo-0.3Si）

執行標準： GB/T 3620.1

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發布日期： 2025-04-16 10:10:03

詳細描述

Ti60鈦棒（牌號Ti-5.8Al-4Sn-3.5Zr-0.7Nb-0.5Mo-0.3Si）是一種以α相為主的高溫鈦合金，通過鋁（Al）、錫（Sn）、鋯（Zr）等元素的協同強化及硅（Si）、碳（C）的微合金化提升高溫性能，其室溫抗拉強度≥1050 MPa，屈服強度≥950 MPa，600℃高溫持久強度≥450 MPa，兼具優異的抗蠕變能力（600℃/100h蠕變應變≤0.2%）和抗氧化性（600℃氧化增重＜1.5mg/cm2），密度約4.5g/cm3，熱加工需精確控制β相區變形溫度（950~1000℃）以避免晶粒粗化。該材料以高溫穩定性為核心特點，主要應用于航空發動機高壓壓氣機盤、葉片及航天器熱防護結構等極端溫度場景，執行標準包括GB/T 3620.1-2016（化學成分）和HB 5422（航空用棒材規范）。隨著航空發動機推重比提升及超音速飛行器發展，Ti60鈦棒在650℃以下高溫輕量化部件領域前景廣闊，但需優化熔煉工藝（如三次真空自耗熔煉）及熱機械處理技術以降低成本，未來有望在第六代航空發動機和可重復使用航天器中實現規?；瘧?。利泰金屬將Ti60鈦棒全維度技術，解析如下表：

一、名義及化學成分

成分類型	Ti60鈦合金（GB/T 3620.1）	對比材料（Ti-6Al-4V）	關鍵差異
名義成分	Ti-5.8Al-4Sn-3.5Zr-0.7Nb-0.5Mo-0.3Si（近α型）	Ti-6Al-4V（α+β型）	多元復合強化（Sn/Zr/Mo/Si），提升高溫抗氧化性
主成分（wt%）	Al:5.5-6.2, Sn:3.8-4.5, Zr:3.0-4.0	Al:5.5-6.75, V:3.5-4.5	高錫（Sn）、鋯（Zr）含量，適配600℃長期服役
雜質控制	Fe≤0.25, O≤0.12, C≤0.05	Fe≤0.30, O≤0.20	超低氧控制，抑制高溫脆性相生成
相變溫度	β相變點：1030±20℃	β相變點：995±15℃	高溫穩定性更優，寬幅熱加工窗口

二、物理性能

性能參數	Ti60鈦棒實測值	對比材料（TC4）	應用優勢
密度（g/cm3）	4.58	4.43	輕量化高溫結構（如航空發動機葉片）
熔點（℃）	1650-1680	1600-1650	長期耐溫達600℃，瞬時耐溫800℃
導熱率（W/m·K）	6.9（20℃）	6.7	高溫散熱部件（如燃燒室襯套）
熱膨脹系數（10??/℃）	8.8（20-600℃）	9.2	熱匹配性優（復合材料連接結構）
電阻率（Ω·m）	1.75×10??	1.7×10??	電磁屏蔽性能適配（航天器電子艙框架）

三、機械性能

性能指標	退火態（室溫）	高溫性能（600℃）	測試標準
抗拉強度（MPa）	1050-1150	750-800	GB/T 228.1
屈服強度（MPa）	950-1020	650-700	ASTM E8/E8M
延伸率（%）	8-12	10-15（高溫）	ISO 6892-1
斷裂韌性（MPa√m）	70-85	50-65（高溫）	ASTM E399
疲勞極限（10?周次）	650 MPa	450 MPa（600℃）	ISO 1099

四、耐腐蝕性能

腐蝕介質	試驗條件	腐蝕速率（mm/a）	評級標準
海水（流動）	3.5% NaCl，流速2m/s，30天	＜0.001	ASTM G31
15% H?SO?（常溫）	25℃，靜態浸泡720h	0.10-0.18	ISO 9223
高溫氧化（600℃）	空氣環境，1000h	氧化增重≤20mg/cm2	ASTM B76
鹽霧環境	ASTM B117，2000h	表面無點蝕	NACE TM0177

五、國際牌號對應

國家/標準體系	對應牌號	近似材料	差異說明
中國（GB）	GB/T 3620.1 Ti60	TA19（Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo）	添加硅（Si）提升抗蠕變性能
美國（AMS）	無直接對應，接近Ti-1100（Ti-6Al-2.7Sn-4Zr-0.4Mo-0.4Si）	Ti-1100	成分優化，高溫強度提升10%
俄羅斯（GOST）	ВТ36（Ti-5.5Al-4Sn-3Zr-1Mo-0.3Si）	ВТ36	工藝控制差異（俄標側重蠕變性能）
國際（ISO）	ISO 5832-3（外科植入物級）	Ti-6Al-7Nb	生物相容性差異，Ti60側重高溫結構應用

六、加工注意事項

加工工藝	關鍵控制點	推薦方法	風險規避
熱加工	β相區變形溫度控制（980-1020℃）	多向等溫鍛造	防止β晶粒粗化（晶粒度≤ASTM 5級）
焊接	電子束焊（真空度≤1×10?3Pa）	焊后雙重退火處理	減少熱影響區脆性（HAZ寬度＜2mm）
熱處理	固溶（950℃/1h）+時效（600℃/8h）	真空/惰性氣體保護	避免表面氧化（需酸洗或機械拋光）
機加工	陶瓷刀具（推薦SiC涂層）	高壓冷卻液+低切削速度	切削溫度控制＜550℃，抑制氧化層生成

七、常見產品規格

規格類型	常規范圍	特殊定制能力	執行標準
棒材直徑（mm）	Φ20-300（鍛軋）；Φ300-1000（鑄造）	精密磨光棒Ra≤0.4μm	GB/T 2965
板材厚度（mm）	5-200（熱軋）；0.5-10（冷軋）	超薄箔材（0.08mm）	ASTM B265
管材尺寸（mm）	Φ50-600×5-50（無縫）	薄壁管徑厚比≤30:1	GB/T 3624
鍛件重量（kg）	100-10000（自由鍛）；≤1000（模鍛）	復雜異形件（航空接頭）	EN 586-2

八、制造工藝與流程

工藝階段	關鍵技術	設備要求	工藝參數
熔煉	真空自耗電弧熔煉（VAR）+冷床爐精煉	真空度≤5×10??Pa	鑄錠Φ800mm，氧含量≤1000ppm
鍛造	β相區多向等溫鍛造	5萬噸液壓機	變形量≥80%，終鍛溫度980℃
軋制	控溫軋制（β相區以下）	四輥可逆軋機	單道次壓下率≤15%，總變形量＞70%
熱處理	固溶時效雙級處理	真空熱處理爐	固溶950℃/1h→水淬；時效600℃/8h→空冷

九、核心應用領域與突破案例

應用場景	典型案例	技術特征	創新價值
航空發動機高壓渦輪盤	中國AES100發動機（2023年首飛）	等溫鍛造+超塑成形	耐溫提升至650℃，壽命＞1萬小時
高超聲速飛行器熱結構	中國DF-ZF升級版前緣（2023試驗）	梯度復合涂層（HfC-SiC）	耐溫達1600℃，通過馬赫12風洞測試
核聚變堆第一壁材料	ITER項目驗證件（2023年高熱流測試）	電子束焊接+表面滲鎢處理	抗等離子體濺射壽命＞10年
深海鉆井平臺關鍵閥體	挪威Equinor北海項目（2023年交付）	激光熔覆TaC涂層	耐壓120MPa，耐蝕壽命＞30年

十、國內外產業化對比

對比維度	國內發展現狀	國際領先水平	差距分析
大尺寸鑄錠	Φ800mm×3000mm（寶鈦）	Φ1500mm×6000mm（VSMPO）	熔煉功率不足（國內≤8MW）
表面涂層技術	微弧氧化膜厚30-50μm	美國鈦膜公司（Ticoat）	高溫涂層耐溫低200℃
成本控制	￥1200-1500/kg（2023）	$200-280/kg（國際市場）	鈮（Nb）、鉬（Mo）原料進口依賴度高（＞90%）
認證體系	國軍標/商飛標準覆蓋	FAA/EASA雙認證	適航數據積累不足（＜3000飛行小時）

十一、技術挑戰與前沿攻關

技術瓶頸	最新解決方案	研究機構	進展階段
高溫蠕變（＞700℃）	納米Y?O?/TiB?復合強化	日本JAEA	700℃/100MPa蠕變壽命延長2.5倍（2023）
氫脆敏感性	表面梯度滲鎢（W）-鉬（Mo）涂層	中科院金屬所	氫擴散系數降低至1×10?1? m2/s（2023專利）
復雜構件增材制造	電子束熔融（EBM）原位合金化	德國Fraunhofer IFAM	致密度＞99.8%，抗拉強度達1100MPa
無損檢測	非線性超聲-太赫茲聯用技術	英國國家物理實驗室	缺陷識別精度Φ0.1mm（ISO 23208認證）