Ti-15-3（TB5）钛合金材料

Ti-15-3（TB5）是一种非常出色的亚稳定β型钛合金，以其極高的冷成型能力和可通过热处理获得的高强度而著称。它巧妙地在优异的工艺性能和良好的综合力学性能之间取得了平衡，是航空航天等领域实现轻量化和低成本制造的理想选择之一。

为了让您快速了解它的核心特征，我先用一个表格来汇总它的关键信息：

特性维度 Ti-15-3 (TB5) 钛合金

材料类型 亚稳定β型钛合金

中国牌号 TB5

名义成分 Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al

执行标准 AMS 4914A (美), Q/6S 1058-1995 (中), Q/6S 1206-1995 (中)

密度 4.48 g/cm³ (轻量化优势)

抗拉强度 (Rm) 固溶态: ~800-1000 MPa; 时效态: 1200-1400 MPa (最高可达1562 MPa)

屈服强度 (Rp0.2) 时效态: 可达1483 MPa

延伸率 (A) 固溶态: 优异 (冷变形率>90%); 时效态: 会有所下降

硬度 (HV) 固溶态: 较低; 峰值时效态: 可达5328 MPa (约HRC 50+)

高使用温度 200℃ (固溶态长期); 290℃ (时效态长期)

核心特性 超凡的冷成形性、高强度和良好韧性、优异的耐腐蚀性

主要应用领域 航空航天钣金件、紧固件（铆钉、螺栓）、卫星部件、汽车轻量化部件

化学成分

Ti-15-3合金的卓越性能源于其精确的合金设计，其名义化学成分如下（质量百分比，wt%）：

• 钛 (Ti)：余量

• 钒 (V)：15% → 主要的β稳定元素，保证合金在固溶处理后形成单一的亚稳定β相。

• 铬 (Cr)：3% → 共析型β稳定元素，辅助稳定β相并贡献强度。

• 锡 (Sn)：3% → 中性元素，起固溶强化作用。

• 铝 (Al)：3% → α稳定元素，在时效处理时促进强化相析出。

• 杂质元素：如Fe、O、C、N等被严格控制，以确保合金的塑性和韧性。

力学性能

Ti-15-3合金的性能高度依赖于其状态（固溶态或时效态）：

• 固溶态 (Solution Treated)：

◦ 此时材料非常柔软，具有极佳的冷加工性能，冷变形率可达90%以上。

◦ 抗拉强度约为 800-1000 MPa。

• 时效态 (Aged)：

◦ 经过适当的时效处理（如480-675℃, 2-24h），强度大幅提升。

◦ 抗拉强度可达 1200-1562 MPa。

◦ 屈服强度可达 1483 MPa。

◦ 峰值硬度可达 HV 5328 MPa (约HRC 50+)。

核心特性（优势）

Ti-15-3合金的核心优势体现在其无与伦比的综合性能上：

• 超凡的冷成形性：在固溶状态下，其冷加工性能与工业纯钛相当，可进行冷轧、冷弯、深冲等复杂成形，无需中间退火，变形量可达80%以上，能显著降低制造周期和成本。

• 高强度和良好韧性：通过简单的时效处理，其强度可以产生飞跃，抗拉强度超过1200 MPa，同时仍保持一定的韧性。

• 优异的耐腐蚀性：像大多数钛合金一样，Ti-15-3具有良好的耐腐蚀性，尤其耐海水和氯化物环境。

挑战与局限性

• 高温性能限制：其长期使用温度通常限制在290℃以下，在更高温度下强度和抗氧化能力会下降。

• 对表面缺陷敏感：作为高强度钛合金，其对缺口和其他表面缺陷较为敏感，在设计零件时应予注意。

• 氢脆敏感性：与所有β合金一样，对氢的亲和力较强，不允许进行化学铣削。

主要应用领域

凭借其特性，Ti-15-3合金被广泛应用于以下领域：

• 航空航天：

◦ 钣金构件：飞机阻力伞梁、各种支架、壳体等。

◦ 紧固件：冷镦铆钉、螺栓等。用TB5钛合金伞梁代替原30CrMnSiA结构钢伞梁可减重28.6%。

◦ 卫星部件：发动机波纹板、支撑锥体等。

• 汽车工业：用于制造轻量化悬挂部件、传动轴及高性能排气系统。

• 其他领域：也可用于制造骨科植入物（需生物相容性处理）和化工耐腐蚀管道、阀门。

工艺性能与加工

Ti-15-3的加工和制造需要注意以下几点：

• 热处理：

◦ 固溶处理：通常在760-815℃（通常在800℃ ±15℃）保温后快速冷却（空冷或水冷）。

◦ 时效处理：在480-675℃ 范围内进行，保温2-24小时，空冷。时效制度可根据所需的强度水平进行调整。

• 冷加工：在固溶状态下进行，可承受巨大的冷变形。

• 焊接：具有优良的焊接性能，可采用电子束焊等方法。焊后最好重新进行固溶和时效处理以恢复性能。

• 熔炼：铸锭应经过两次以上真空自耗电极电弧炉熔炼，以确保成分均匀性和纯净度。

选型与加工建议

1. 适用场景：当您的设计需要在室温下成型复杂形状的零件，并且后期需要通过热处理获得高强度时，Ti-15-3是一个极致的选择。它特别适合替代传统钢材以实现大幅减重，或替代其他难以冷加工的钛合金以降低制造成本。

2. 采购注意：

◦ 订货时务必注明牌号（如TB5或Ti-15-3）、规格、状态（固溶态或时效态） 和执行标准。

◦ 索要材质证明书（MTC），并核对化学成分和力学性能。

3. 加工与使用注意：

◦ 充分利用其固溶态的超塑性进行冷成型。

◦ 严格遵守热处理制度是获得预期性能的关键。

◦ 注意其对表面缺陷的敏感性，对承受重复载荷的零件，受拉区边缘应打磨光滑。

总结

总而言之，Ti-15-3 (TB5) 是一款特性卓越的亚稳定β型钛合金。它通过“高钒+铬、锡、铝多元强化”的合金设计，实现了无与伦比的室温冷成型能力和超高强度潜力的完美结合。

如果您正在为航空航天、汽车或其他高端装备中需要复杂成形和高强度轻量化的结构件和紧固件寻找材料，那么Ti-15-3合金无疑是一个经过验证的、能同时满足结构效率和生产效率的选择。

希望以上信息能帮助您全面了解Ti-15-3 (TB5) 钛合金。请注意，以上信息主要来源于搜索结果中的公开资料，实际应用时请以最新标准规范和质量证明书为准。如果您有特定的应用场景或更细节的工艺问题，建议咨询材料供应商或专业工程师。