用于增材制造的最佳 Ti-6Al-4V 粉末(TC4 粉末
TC4 粉末又称 Ti-6Al-4V 是一种钛合金粉末,由 90%钛(Ti)、6% 铝(Al)和 4% 钒(V)组成。它以其优异的强度、低密度和出色的耐腐蚀性而得到广泛认可。TC4 粉末因其独特的性能组合而被各行各业广泛使用,成为各种应用中备受青睐的材料。
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目录
TC4 粉末概述
TC4 属于两相 α+β 钛合金体系。铝是α相的稳定剂,而钒则是β相的稳定剂。因此,TC4 在强度、延展性和高温性能方面达到了良好的平衡。
TC4 粉末的主要特点包括
- 高强度重量比
- 出色的疲劳强度和断裂韧性
- 高温下具有良好的抗蠕变性
- 出色的耐腐蚀性
- 提供各种粒度分布
TC4 粉末已成为航空航天、汽车、医疗和其他高要求应用中减轻重量和提高性能的绝佳选择。
TC4 粉末的成分
TC4 粉末的标称成分如下:
要素 | 重量 % |
---|---|
钛 (Ti) | 平衡 |
铝 (Al) | 5.5-6.75% |
钒 (V) | 3.5-4.5% |
铁(Fe) | 0-0.40% |
氧气 (O) | 0-0.20% |
碳 (C) | 0-0.08% |
氮 (N) | 0-0.05% |
铝和钒的含量可以优化,以达到所需的机械性能。氧、氮和碳的杂质含量也降至最低。
TC4 粉末的特性
TC4 粉末的主要特性包括
物业 | 价值 |
---|---|
密度 | 4.41-4.43 克/立方厘米 |
熔点 | 1600-1660°C |
导热性 | 6.7 W/mK |
电阻率 | 1.7 μΩ.cm |
杨氏模量 | 110 GPa |
泊松比 | 0.32-0.34 |
拉伸强度 | 900-1200 兆帕 |
屈服强度 | 860-900 兆帕 |
伸长率 | 8-15% |
疲劳强度 | 400-500 兆帕 |
高强度重量比、抗疲劳、抗蠕变和抗腐蚀等特性使 TC4 适用于各行业的关键应用。
TC4 粉末的生产方法
TC4 粉末可通过以下方法生产:
- 气体雾化 - 高压惰性气体喷射用于雾化熔融的 TC4 合金,形成球形粉末颗粒。
- 等离子旋转电极工艺 - 快速旋转的熔融金属流经离心分解后产生球形粉末。
- 氢化物-脱氢工艺 - 氢化钛分解后产生细小的钛粉,然后与其他元素粉混合。
气体雾化技术可以很好地控制粉末特性,如粒度分布、形态和流动性。
TC4 粉末的应用
TC4 粉末常用于:
- 快速成型制造 - 选择性激光熔融技术,用于生产航空航天和汽车轻质结构件。
- 金属注射成型 - 制造小型、复杂的网状部件,如紧固件、连接件和手术器械。
- 热喷涂涂层 - 通过等离子或 HVOF 喷涂,为船舶、油气和生物医学应用提供耐磨/耐腐蚀性能。
- 粉末冶金 - 通过压制和烧结制造压缩机和涡轮叶片等高强度部件。
TC4 粉末的规格
TC4 粉末有不同的尺寸范围、形状和纯度等级:
- 颗粒大小: AM 方法的最大尺寸为 15-45 μm,热喷涂工艺的最大尺寸为 100 μm。
- 形态学: 近似球形的粉末形状可提供最佳的流动性和堆积密度。
- 纯净: 根据杂质限制和工艺要求,从商业纯度到高纯度级别。
- 含氧量: 在大多数应用中保持低于 2000 ppm 的水平。
- 流量: 粉末定制,流速可达 25 秒/50 克以上。
TC4 粉末全球供应商
TC4 粉末的一些全球主要供应商包括
- AP&C (加拿大)
- TLS Technik(德国)
- 泰克纳(加拿大)
- 山特维克Osprey(英国)
- 高级粉末(美国)
- 中石油粉体集团(中国)
这些公司生产各种等级的 TC4 粉末,专门用于增材制造、热喷涂、粉末冶金和其他应用。
TC4 粉末的定价
TC4 粉末的价格高于钢和镍合金:
- 数量 - 500 公斤以上的批量订单每公斤 $100-150。小批量订单价格要高得多。
- 质量 - 在严格控制的条件下,采用先进工艺生产的高纯度球形粉末需要溢价。
- 供应商 - 与小型制造商相比,全球大型供应商的产量更高,因此具有成本优势。
- 地理 - 价格因地区而异,与亚洲相比,欧洲和北美市场的价格较高。
对于关键应用,买家在采购 TC4 粉末时应注重质量而不是最低成本。
TC4 粉末的储存和处理
TC4 粉末需要小心储存和处理:
- 应在氩气等惰性气体环境下密封保存,以防止氧化。
- 避免积聚细粉末,以尽量减少粉尘爆炸的风险。
- 在粉末处理过程中使用适当的个人防护设备、通风、接地和安全措施。
- 由于存在易燃性危险,应防止粉末与火源接触。
- 遵循供应商 SDS 中的适用安全指南。
在处理这种活性精细钛合金粉末时应小心谨慎。
TC4 粉末的检查和测试
对 TC4 粉末进行关键质量控制测试:
- 使用 ICP-OES 或 XRF 进行化学分析,确保成分符合规格。
- 根据 ASTM B822 标准,使用激光衍射法测量粒度分布。
- 通过扫描电子显微镜成像进行形态分析。
- 使用霍尔流量计测量粉末流速,符合 ASTM B213 标准。
- 用氦气比重计测量密度。
- 通过惰性气体熔融或 ICP-MS 进行杂质分析。
- 利用 X 射线衍射技术表征微观结构。
彻底的测试可确保批次一致性和粉末质量,以满足预期应用的要求。
TC4 与 Ti6Al4V 粉末的比较
TC4 和 Ti6Al4V 是两种钛合金粉末的比较:
参数 | TC4 | Ti6Al4V |
---|---|---|
铝含量 | 5.5-6.75% | 5.5-6.75% |
钒含量 | 3.5-4.5% | 3.5-4.5% |
密度 | 更高 | 较低 |
拉伸强度 | 更高 | 较低 |
延展性 | 较低 | 更高 |
抗氧化性 | 类似 | 类似 |
费用 | 更高 | 较低 |
TC4 的强度更高,而 Ti6Al4V 的延展性更好。尽管成本较高,TC4 仍适用于要求更高的应用。
TC4 粉末常见问题
问:TC4 粉末是如何生产的?
答:TC4 粉末的商业化生产采用气体雾化、等离子旋转电极工艺和氢化物-脱氢工艺。气体雾化法能最好地控制颗粒特性。
问:TC4 粉末的主要用途是什么?
答:TC4 粉末的主要应用包括快速成型制造、热喷涂涂层、金属注射成型和粉末冶金,用于制造高强度轻质结构件。
问:用于选择性激光熔化的 TC4 粉末尺寸一般是多少?
答:对于 SLM 工艺,理想的 TC4 粉末粒度范围为 15-45 微米,具有球形形态、良好的粉末流动性和堆积密度。
问:TC4 粉末是否需要特殊的处理预防措施?
答:是的,它具有高反应性,需要在惰性气氛下小心处理,使用适当的通风、接地和个人防护设备,以防止火灾或爆炸危险。
问:在哪里可以买到适用于航空航天应用的 TC4 粉末?
答:对于需要高强度的航空航天零件,可从 AP&C、TLS Technik、Tekna、Sandvik Osprey 和 Advanced Powders 等领先制造商处购买 TC4 粉末。
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