Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr（TA15）
Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr（TA15）简介
Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr，通常称为 TA15，是一种高强度 α+β 型钛合金，广泛应用于航空航天、国防与电力工程等行业。它具有优良的可焊性、高疲劳强度以及在高温条件下良好的抗蠕变能力，非常适合在严苛工况下工作的结构件。
TA15 具备出色的强度重量比，并能在热载荷作用下保持稳定性。这些特性使其非常适用于关键 CNC 加工钛合金零件，尤其是在采用高精度 CNC 加工服务 制造时，可为航空结构、发动机支架与支撑框架提供严苛公差与一致质量。
Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr（TA15）的化学、物理与力学性能
化学成分（典型值）
元素 | 含量范围（wt.%） | 主要作用 |
|---|---|---|
钛（Ti） | 余量 | 基体元素，提供耐腐蚀性与结构强度 |
铝（Al） | 6.0–7.0 | α 稳定元素，提高高温强度 |
钼（Mo） | 0.8–1.2 | β 稳定元素，提高抗蠕变与抗疲劳性能 |
钒（V） | 0.8–1.2 | 提高强度与相稳定性 |
锆（Zr） | 1.8–2.2 | 提升抗蠕变能力与热稳定性 |
氧（O） | ≤0.15 | 提高强度，但会影响延性 |
铁（Fe） | ≤0.30 | 残余元素 |
氢（H） | ≤0.015 | 控制在低水平以防止脆化 |
物理性能
性能 | 典型值 | 测试标准/条件 |
|---|---|---|
密度 | 4.52 g/cm³ | ASTM B311 |
熔化温度范围 | 1600–1650°C | ASTM E1268 |
导热系数 | 7.0 W/m·K（100°C） | ASTM E1225 |
电阻率 | 1.65 µΩ·m（20°C） | ASTM B193 |
热膨胀系数 | 8.6 µm/m·°C | ASTM E228 |
比热容 | 560 J/kg·K（20°C） | ASTM E1269 |
弹性模量 | 115 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 | 1000–1150 MPa | ASTM E8/E8M |
屈服强度（0.2%） | 900–1050 MPa | ASTM E8/E8M |
延伸率 | ≥8% | ASTM E8/E8M |
硬度 | 330–370 HB | ASTM E10 |
抗蠕变性能 | 优异 | ASTM E139 |
抗疲劳性能 | 高 | ASTM E466 |
Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr（TA15）的关键特性
高结构强度：抗拉强度 >1000 MPa，且疲劳强度满足航空级零件需求，TA15 非常适合高载荷机体结构。
耐热与抗氧化：在最高约 500°C 条件下仍能保持结构完整性，可在长期服役中抵抗变形与氧化。
良好的可焊性：采用常规方法即可焊接；配合合适的焊后热处理，可将对力学性能的影响降到较低水平。
优异的疲劳寿命：近 α 组织可支持在动态工况下长期服役，例如直升机旋翼与航空发动机支架等应用。
TA15 钛合金的 CNC 加工挑战与解决方案
加工挑战
导热性低：与其他钛合金类似，TA15 会在刀具-切屑界面形成热量积聚，增加刀具磨损并引起热变形。
加工硬化与弹性恢复：该合金易快速加工硬化，且因弹性模量 115 GPa 存在回弹，影响精加工尺寸精度。
刀具粘附：在冷却不足或刀具几何不佳时，TA15 易粘刀并产生咬粘与表面损伤。
刃口缺口磨损与排屑控制：连续切屑与缺口磨损问题需要优化切削几何与冷却策略。
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 PVD 涂层刀片 | 耐磨性好、温度稳定性高 |
涂层 | AlTiN 或 TiSiN（≥4 µm） | 抑制咬粘并延长刀具寿命 |
几何结构 | 正前角，圆弧刃口 | 降低热量与切削力 |
切削速度 | 20–50 m/min | 控制热负荷 |
进给量 | 0.10–0.25 mm/rev | 维持合理切屑厚度 |
冷却方式 | 乳化液冷却，≥100 bar | 增强冷却与排屑能力 |
Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr（TA15）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 |
TA15 钛合金零件的表面处理
热等静压（HIP） 可提升结构完整性与抗疲劳能力，尤其适用于机体结构或涡轮部件。
热处理 通常包括在 500–600°C 进行时效，以优化相分布并提升抗蠕变性能。
高温合金焊接 配合与 β 相相容的焊丝及焊后消除应力处理，可避免形成 α 脆化层。
热障涂层（TBC） 可保护暴露于高温或氧化环境中的 TA15 部件，尤其适用于排气系统等场景。
CNC 加工 支持制造结构件，公差可达到 ±0.01 mm。
电火花加工（EDM） 可在硬化的 TA15 上实现微小特征加工，且不易产生热变形。
深孔钻削 适用于精密孔与冷却通道加工，可实现 Ra ≤ 1.6 µm 且 L/D > 30:1。
材料测试 包括力学、金相、蠕变与无损检测，用于航空航天与国防领域的质量验证。
材料测试与分析
TA15 合金部件通常通过拉伸与蠕变测试、疲劳分析、相与显微组织评估（SEM/XRD），以及超声或涡流无损检测（NDT）进行验证，并可依据 AMS 或国标体系执行。
