Ti-10V-2Fe-3Al（Grade 19）
Ti-10V-2Fe-3Al（Grade 19）简介
Ti-10V-2Fe-3Al（简称 Grade 19）是一种亚稳 β 钛合金，面向高强度结构应用开发，具备优异的冷成形性与深淬透性。该合金兼具高抗拉强度、良好韧性与中等耐腐蚀性能，因此在航空航天、国防与工业装备等领域具有很高的应用价值。
由于其在固溶态下具有较好的可加工性，同时在热处理后可获得更高的强度水平，Ti-10V-2Fe-3Al 非常适合用于精密 CNC 加工钛合金零件。借助先进的 CNC 加工服务，可实现紧公差、优表面质量与复杂结构加工能力，特别适用于航空结构件与汽车结构零部件。
Ti-10V-2Fe-3Al（Grade 19）的化学、物理与力学性能
化学成分（典型范围）
元素 | 含量范围（wt.%） | 主要作用 |
|---|---|---|
钛（Ti） | 余量 | 基体元素，提供耐腐蚀与结构基础 |
钒（V） | 9.0–11.0 | β 稳定元素，提高强度与延性 |
铁（Fe） | 1.7–2.3 | 提高淬透性与拉伸性能 |
铝（Al） | 2.5–3.5 | 提升强度与组织稳定性 |
氧（O） | ≤0.15 | 间隙强化元素，提高强度但会牺牲部分延性 |
氢（H） | ≤0.015 | 需控制以避免氢脆 |
氮（N） | ≤0.03 | 残余元素 |
碳（C） | ≤0.05 | 残余元素 |
物理性能
性能 | 典型值 | 测试标准/条件 |
|---|---|---|
密度 | 4.64 g/cm³ | ASTM B311 |
熔化温度范围 | 1580–1620°C | ASTM E1268 |
导热系数 | 7.2 W/m·K（100°C） | ASTM E1225 |
电阻率 | 1.68 µΩ·m（20°C） | ASTM B193 |
热膨胀系数 | 8.7 µm/m·°C | ASTM E228 |
比热容 | 560 J/kg·K（20°C） | ASTM E1269 |
弹性模量 | 114 GPa | ASTM E111 |
力学性能（固溶处理 + 时效）
性能 | 典型值 | 测试标准 |
|---|---|---|
抗拉强度 | 1100–1250 MPa | ASTM E8/E8M |
屈服强度（0.2%） | 1030–1180 MPa | ASTM E8/E8M |
延伸率 | ≥10% | ASTM E8/E8M |
硬度 | 330–370 HB | ASTM E10 |
抗蠕变性能 | 中等至良好 | ASTM E139 |
抗疲劳性能 | 高 | ASTM E466 |
Ti-10V-2Fe-3Al（Grade 19）的关键特性
高抗拉与高屈服强度：热处理后屈服强度可超过 1000 MPa，与部分钢材相当，但密度约低 45%。
良好的冷成形能力：与多数高强钛合金不同，Grade 19 在固溶态仍保有一定延性，可用于成形工序。
深淬透性：厚截面也能获得更均匀的性能分布，适合锻件与承载结构件。
可焊但需后处理：在固溶态可焊接，配合合适焊丝与焊后时效可恢复强度水平。
Grade 19 钛合金的 CNC 加工挑战与解决方案
加工挑战
中等加工硬化：虽然相对 α+β 合金更易切削，但在排屑与切削参数不佳时仍会产生加工硬化。
热积聚与刀具磨损：导热性仍偏低，需要高压冷却与锋利刃口，避免表面烧伤或刀具失效。
回弹与弹性恢复：弹性模量 114 GPa，使薄壁或高精度零件存在轻微回弹，需要工艺补偿。
表面咬粘：高强 β 相在干切或润滑不足条件下易导致涂抹/咬粘，损伤刀刃与表面质量。
优化加工策略
刀具选择
参数 | 推荐方案 | 原因说明 |
|---|---|---|
刀具材料 | 细晶粒硬质合金或 CBN | 保证强度与耐磨性 |
涂层 | AlTiN 或 TiSiN（≥3 µm PVD） | 抑制咬粘并延长寿命 |
几何结构 | 锋利正前角，微钝化刃口 | 降低切削力并减少加工硬化 |
切削速度 | 25–55 m/min | 降低刀具温度与热变形风险 |
进给量 | 0.10–0.25 mm/rev | 保持稳定切屑厚度与良好排屑 |
冷却方式 | 内冷高压乳化液 ≥100 bar | 强化冷却与冲屑效果 |
Ti-10V-2Fe-3Al（Grade 19）切削参数（符合 ISO 3685）
工序 | 速度（m/min） | 进给（mm/rev） | 切削深度（mm） | 冷却压力（bar） |
|---|---|---|---|---|
粗加工 | 20–30 | 0.15–0.20 | 2.0–3.0 | 80–100（内冷） |
精加工 | 45–60 | 0.05–0.10 | 0.2–0.5 | 100–150 |
Grade 19 钛合金零件的表面/后处理
热等静压（HIP） 可提升疲劳寿命与组织致密度，适用于航空级锻件与起落架类部件。
热处理 通常包括 750–800°C 固溶处理与 500–550°C 时效，以兼顾强度与延性。
高温合金焊接 可在固溶态进行焊接，焊后配合时效以恢复力学性能。
热障涂层（TBC） 适用于承受循环热载荷的部件，用于提高表面抗氧化与热冲击能力。
CNC 加工 支持航空关键件或悬架结构件的高精度制造，公差可达 ±0.01 mm。
电火花加工（EDM） 适用于硬态零件的复杂轮廓、冷却孔或微结构加工。
深孔钻削 可实现 L/D >30:1、直线度 <0.3 mm/m，表面粗糙度 Ra ≤1.6 µm。
材料测试 通过拉伸、蠕变、超声无损检测等确认相组成、硬度均匀性与结构完整性。
材料测试与分析
Ti-10V-2Fe-3Al 常见验证项目包括：高温/常温拉伸性能、时效响应与组织稳定性评估、断裂韧性，以及超声无损检测（UT）等，满足航空航天与军工标准要求。
