TA18 (Ti-3Al-2.5V) vs TC4 (Ti-6Al-4V) titanlegering: skillnader och urval
Mar 13, 2024
TA18 och TC4 är de två kinesiska beteckningarna som förekommer oftast i titanförfrågningar, och det är dyrt att blanda ihop dem. TA18 är nästan-alfalegeringen Ti-3Al-2.5V, motsvarande Grad 9 i ASTM-systemet. TC4 är alfa-beta-legeringen Ti-6Al-4V, motsvarande Grad 5. Beteckningarna definieras i GB/T 3620.1, och de två legeringarna är inte utbytbara i någon riktning.
Två legeringar, två olika designfilosofier
Titanlegeringar klassificeras efter de faser som finns vid rumstemperatur, eftersom det bestämmer både egenskaperna och tillverkningsvägen.
TA18 (Ti-3Al-2.5V, Grade 9, UNS R56320)är en nästan-alfalegering. Aluminium, en alfastabilisator, är huvudtillsatsen och endast 2,0 till 3,0 procent vanadin är närvarande, så strukturen är nästan helt hexagonal alfafas. Legeringen förstärks inte genom värmebehandling; den används i glödgat skick. Dess fördelar är kallformbarhet, svetsbarhet, måttlig styrka och utmärkt korrosionsbeständighet.
TC4 (Ti-6Al-4V, Grade 5, UNS R56400)är en alfa-betalegering med 5,5 till 6,75 procent aluminium och 3,5 till 4,5 procent vanadin. Den kan förstärkas genom lösningsbehandling och åldrande, vilket är anledningen till att den når högre hållfasthetsnivåer och dominerar skrov- och motorapplikationer.
Jämförelse av kemisk sammansättning
| Element (viktprocent) | TA18 / Årskurs 9 | TC4 / Grad 5 |
|---|---|---|
| Aluminium | 2,5 till 3,5 | 5,5 till 6,75 |
| Vanadin | 2,0 till 3,0 | 3,5 till 4,5 |
| Järn, max | 0.25 | 0.30 |
| Syre, max | 0.15 | 0.20 |
| Kol, max | 0.08 | 0.08 |
| Kväve, max | 0.03 | 0.05 |
| Väte, max | 0.015 | 0.015 |
| Titan | balans | balans |
Gränserna är de för ASTM B348 för stång och ämne och ASTM B338 för rör; de låga interstitiella ELI-varianterna av båda legeringarna har snävare syre- och järngränser.
Mekaniska egenskaper och fysiska data
| Egendom | TA18 / Årskurs 9 | TC4 / Grad 5 |
|---|---|---|
| Typ av legering | nära-alfa, enfas | alfa-beta, tvåfas |
| Minsta draghållfasthet | 620 MPa | 895 MPa |
| Minsta sträckgräns | 483 MPa | 828 MPa |
| Minsta förlängning | 15 procent | 10 procent |
| Densitet | 4,48 g/cm3 | 4,43 g/cm3 |
| Elastisk modul | cirka 100 GPa | cirka 114 GPa |
| Svar på värmebehandling | inga, endast glödgade | lösning behandla och ålder |
| Lång-servicetemperatur | cirka 300 till 350 grader Celsius | cirka 350 till 400 grader Celsius |
| Kall formbarhet | excellent | begränsad |
| Svetsbarhet | excellent | bra, kräver kontroll |
TC4 är ungefär 70 procent starkare i utbyte, men TA18 är mycket mer seg och kan kallreduceras, lindas och böjas utan mellanglödgning. För en tunn-väggig hydraulledning eller ett kall-rör avgör den skillnaden processvägen.
Bearbetning, svetsning och värmebehandling
TA18 är den vänligare legeringen i verkstaden. Den kallbearbetas till ett sömlöst rör för hydraul- och bränslesystem, böjs till snäva radier, utvidgas eller flänsas och svetsas med volfram inertgasmetoder med bra resultat, förutsatt att den smälta poolen är avskärmad tills den har svalnat under cirka 400 grader Celsius. Eftersom det inte reagerar på åldrande, uppnås egenskapsmålet genom glödgning och av mängden kallt arbete som finns kvar i produkten.
TC4 kräver mer disciplin. Den varmbearbetas och sedan antingen glödgad eller lösningsbehandlad och åldrad för att nå högre styrka. Fusionssvetsning ger en transformerad struktur med lägre duktilitet i svetszonen, så svetsade TC4-delar är vanligtvis stressavlastade efter svetsning, och det syreberikade alfahöljet som bildas vid temperatur måste avlägsnas kemiskt. Bearbetning av TC4 är också långsammare än bearbetning av TA18, eftersom den högre hållfastheten och den lägre duktiliteten påskyndar verktygsslitaget.
Båda legeringarna måste skäras, slipas och borstas med dedikerade förbrukningsmaterial. Järnföroreningar från stålverktyg visar sig senare som korrosionsfärgning.
Båda kräver inert avskärmning under svetsning, och båda behöver svetszonen rengöras från oxid före och efter svetsning.
Ingen av legeringarna bör värmas i luft över den punkt där syre diffunderar in i ytan, ungefär 600 grader Celsius.
Typiska applikationer
TA18:flygplanshydraulik- och bränsleslangar, oljerörsgods, värmeväxlarrör, cykelramar och styr, golfklubbaxlar, fiskespöämnen, sport- och marinutrustning.
TC4:smide och beslag för flygplansskrov, kompressorblad och skivor, motorfästen, fästelement, landningsställskomponenter, medicinska implantat, vakuumsalt och kemisk processutrustning, fordons- och motorsportdelar, pappers- och textilmaskiner.
Hur man väljer mellan TA18 och TC4
Arbeta från den styrka som krävs först. Om konstruktionsspänningen håller sig under 483 MPa-utbytet för glödgat TA18 och delen behöver böjas, lindas, expanderas eller svetsas, kommer TA18 att vara billigare att tillverka och mer tolerant mot processvariationer. Om delen behöver mer än 620 MPa dragkapacitet, eller måste motstå hög-cykelutmattning vid hög påkänning, är TC4 det rätta svaret och den extra bearbetningskostnaden måste designas in. Där korrosionsbeständighet i kloridmedia är det enda kravet och hållfastheten är sekundär, är kommersiella renhetsgrader som Grade 2 mer ekonomiska än någon av legeringarna.
Vanliga missuppfattningar
TA18 är en lägre grad av TC4.Det är ett annat legeringssystem, valt för formbarhet och svetsbarhet, inte ett billigare substitut.
TC4 kan böjas som TA18.Kallböjning av TC4 till snäva radier orsakar sprickbildning; den behöver varmformning eller generösa böjradier.
Grad 9 rör kan förstärkas genom värmebehandling.Det kan den inte. Styrkan kommer från glödgningstillstånd och kallt arbete.
De två legeringarna kan användas omväxlande i rörsystem.De skiljer sig i modul, duktilitet och svetsrespons, så beslag, böjradier och svetsprocedurer är legeringsspecifika.
FAQ
F: Är TA18 samma som Grade 9 titanium?
Ja. TA18 är den kinesiska beteckningen för Ti-3Al-2,5V-legeringen som ASTM listar som Grade 9, UNS R56320. Kemiska och mekaniska krav motsvarar när samma produktspecifikation tillämpas.
F: Är TC4 detsamma som Grade 5 titanium?
Ja. TC4 motsvarar Ti-6Al-4V, Grade 5, UNS R56400. ELI-versionen med lägre syre och järn är betecknad TC4 ELI och motsvarar Grade 23.
F: Vilken legering är starkare, TA18 eller TC4?
TC4. Glödgad TC4 har en lägsta sträckgräns på 828 MPa mot 483 MPa för TA18, en skillnad på cirka 70 procent, och TC4 kan förstärkas ytterligare genom lösningsbehandling och åldring.
F: Vilken legering svetsar lättare?
TA18. Dess nära-alfastruktur och lägre legeringsinnehåll ger en mer förlåtande svets, medan TC4-svetsar kräver tätare skärmning, efter-svetsavlastning och borttagning av alfahöljet.
F: Varför används TA18 för hydraulslangar?
Eftersom den kan kallreduceras och böjas till snäva radier med bibehållen god utmattnings- och korrosionsprestanda, vilket är precis vad en tunn-väggig flygplanshydraulik eller bränsleledning kräver.
F: Kan TA18 och TC4 svetsas till varandra?
De kan sammanfogas genom smältsvetsning, men den olika mikrostrukturen och oöverensstämmelsen mellan hållfastheten gör en kvalificerad procedur och efter-svetsinspektion nödvändig, och fogen placeras vanligtvis på avstånd från området med högsta spänning.
