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增材制造用TA5鈦板
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增材制造用TA5鈦板

材質: TA5(Ti-4Al-0.005B)
執行標準: GB/T 3621、GB/T 34560、ASTM F2924
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發布日期: 2023-07-28 22:41:38

增材制造用TA5鈦板
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詳細描述

增材制造用TA5鈦板是以Ti-4Al-0.005B成分為基礎的全α型鈦合金板材,具有中等強度、低密度、優異的耐海水腐蝕性和良好焊接性能,但存在低塑性及加工敏感性的特點,其熱處理后強化效果有限?,主要應用于航空航天結構件、船舶耐壓殼體?、海洋工程裝備?及化工耐蝕反應器等復雜承力部件的增材制造?。

一、TA5鈦板的定義與名義成分

1、定義:

TA5是中國自主研發的近α型鈦合金,名義成分為 Ti-4Al-0.005B,通過微量硼(B)元素細化晶粒,優化增材制造(3D打印)過程中的熱裂紋敏感性,專為航空航天、醫療等領域的高精度復雜結構設計。

2、執行標準:

中國:GB/T 3621《鈦及鈦合金板材》、GB/T 34560《增材制造用鈦及鈦合金粉末》

國際參考:ASTM F2924(鈦合金粉末增材制造標準)

二、性能與特點

1、核心性能:

打印適應性:低裂紋敏感性(<1%孔隙率),激光功率范圍寬(200~400 W)。

2、力學性能:

室溫強度:≥750 MPa(打印態),熱處理后≥800 MPa。

高溫性能:500°C下抗拉強度≥450 MPa,抗蠕變能力優于TC4。

生物相容性:無毒、無磁性,滿足醫療植入物要求(ISO 5832-3)。

3、突出特點:

高精度成型:適用于復雜拓撲結構(晶格、蜂窩結構),表面粗糙度Ra≤15μm(未拋光)。

輕量化設計:密度4.5 g/cm3,比不銹鋼輕60%,比鈦合金TC4輕5%。

后處理靈活:支持熱等靜壓(HIP)、化學拋光等工藝優化性能。

三、應用領域

1、航空航天:

發動機輕量化支架:拓撲優化設計,減重30%~50%。

衛星天線反射器:高精度薄壁結構(壁厚<0.5 mm)。

2、生物醫療:

定制化骨科植入物:多孔結構促進骨組織長入(孔隙率60%~80%)。

手術導板:一次性3D打印,精度±0.1 mm。

3、能源裝備:

燃料電池雙極板:微通道流場一體化打印。

核聚變裝置冷卻管:耐高溫+抗中子輻照損傷。

四、制造工藝

1、粉末制備:

等離子旋轉電極(PREP)或氣霧化(GA)制粉,粒徑范圍15~53μm(D50=35μm)。

氧含量控制:≤0.15%(PREP法更優)。

2、增材制造:

激光粉末床熔融(LPBF):

參數:激光功率300 W,掃描速度1200 mm/s,層厚30μm。

預熱基板溫度:200°C(減少殘余應力)。

電子束熔融(EBM):適用于大尺寸部件(真空環境,粉末利用率>95%)。

3、后處理:

熱等靜壓(HIP):920°C×2h/100 MPa,消除內部缺陷。

表面處理:電解拋光(Ra≤5μm)或微弧氧化(耐蝕性提升)。

五、與其他TA系鈦合金的對比

合金牌號類型名義成分室溫強度 (MPa)增材制造適應性典型應用
TA5近α型Ti-4Al-0.005B750~850優(低裂紋)復雜結構支架、醫療植入物
TA2工業純鈦Ti-0.3Fe-0.1O400~550良(高塑性)普通結構件、裝飾件
TA15近α型Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V950~1100中(需預熱)高溫承力部件、焊接結構
TA7近α型Ti-5Al-2.5Sn800~950差(易開裂)極端高溫靜態部件

關鍵區別:

TA5 vs TA2:TA5強度高50%,更適合功能結構件;TA2成本低,適合非承力場景。

TA5 vs TA15:TA15高溫性能更優(550°C),但打印需預熱,工藝復雜;TA5打印適應性更佳。

TA5 vs TA7:TA7耐溫更高(600°C),但增材制造易開裂,TA5綜合性價比更優。

六、選購方法與注意事項

1、選購要點:

粉末認證:需GB/T 34560或ASTM F2924認證,氧含量≤0.15%。

供應商資質:優先選擇具備NADCAP認證的增材制造服務商(如鉑力特、EOS合作廠商)。

性能驗證:提供打印樣件力學測試報告(含高溫性能)。

2、注意事項:

粉末儲存:惰性氣體密封,濕度<10%RH,防止氧化結塊。

打印參數:需根據設備型號優化激光功率、掃描策略(如島狀掃描減少應力)。

后處理:HIP后需二次時效(500°C×4h)以恢復強度。

七、未來新應用領域探索

1、太空3D打印:

月球基地原位制造:利用月壤鈦資源打印結構件(需開發低氧工藝)。

2、智能穿戴設備:

定制化外骨骼:多孔結構輕量化+生物相容性。

3、微反應器:

化工微通道反應器:一體化打印耐腐蝕流道(替代哈氏合金)。

4、4D打印:

形狀記憶鈦合金:結合TA5與智能材料,實現溫度響應形變。

總結

TA5鈦合金是增材制造領域的“高精度多面手”,以低裂紋敏感性、輕量化與生物相容性為核心優勢,在航空航天復雜結構、醫療植入物中表現突出。相較于TA15、TA7等合金,TA5的打印工藝更穩定,成本可控;但與TC4相比,其強度略低,需根據應用場景權衡。未來在太空制造、4D打印等前沿領域潛力巨大,但需突破大尺寸打印均勻性、粉末回收利用等技術瓶頸。選材時需緊扣設計需求,嚴控粉末質量與工藝參數,最大化增材制造的技術紅利。

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