詳細描述

TC4 ELI鈦合金是TC4鈦合金的高純度改進型，通過降低間隙元素（Fe、O、N、C等）含量優化性能，主要服務于高端工業及醫療領域。利泰金屬將TC4 ELI鈦合金棒的性能、特點、應用等整理如下：

1、性能

力學性能

抗拉強度：860~965 MPa（退火態）

屈服強度：≥795 MPa

延伸率：≥12%（斷裂韌性KIC≥70 MPa·m1/2，優于普通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），適合液氮環境。

熱性能

工作溫度：長期使用溫度≤350℃，短期可達450℃。

熱膨脹系數：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

優勢

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%）。

生物相容性優異：通過ISO 5832-3認證，可直接用于人體植入。

低溫強韌性：-196℃下仍保持高韌性，適合航天低溫燃料儲罐。

缺點

成本高昂：因熔煉工藝復雜，價格是普通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、執行標準

國際標準

ASTM F136（醫用Ti-6Al-4V ELI，規定O≤0.13%）。

AMS 4930（航空用ELI級棒材，要求-196℃沖擊韌性）。

ISO 5832-3（外科植入物材料標準）。

國內標準

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棒材規范）。

4、應用領域

醫療植入物

人工關節：髖臼杯、股骨柄（疲勞壽命＞10?次循環）。

骨板/螺釘：抗腐蝕性優于不銹鋼，無需二次取出手術。

航空航天

低溫部件：液氫/液氧儲罐支架（-253℃下服役）。

發動機壓氣機葉片：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兩相區鍛造：920-950℃開坯，終鍛溫度≥850℃，獲得雙態組織（初生α相占比40-50%）。

熱處理：

退火工藝：700-800℃×1-2h空冷，消除殘余應力。

固溶+時效（可選）：950℃水淬 + 480-550℃時效，提升強度。

加工：

醫療級表面處理：電解拋光（Ra≤0.2μm） + 鈍化（HNO?溶液）。

6、與其他合金對比

7、采購方法與注意事項

供應商篩選

資質認證：醫用級需ISO 13485認證，航空級需NADCAP熱處理認證。

熔煉記錄：要求提供三次VAR熔煉的爐號及雜質控制報告。

合同要點

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

性能保證：-196℃沖擊功≥50 J（按AMS 4930測試）。

到貨檢驗

化學成分：采用GDMS（輝光放電質譜）檢測痕量元素（如Fe≤0.25%）。

無損檢測：按ASTM E1444進行滲透檢測（不允許任何線性缺陷）。

加工與使用

避免污染：加工時禁用含氯切削液（防止應力腐蝕）。

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計，在生物相容性、低溫韌性及抗疲勞性能上顯著優于普通TC4，是醫療植入物和航天低溫部件的首選材料。其嚴格的熔煉工藝與檢測要求導致成本較高，但為高風險場景提供了不可替代的可靠性。采購時需重點驗證間隙元素含量與低溫性能數據，加工中需嚴防污染與氫脆。相比316L不銹鋼，TC4 ELI在長期植入安全性上更具優勢，但成本需通過延長部件壽命來平衡。