Ti-7Al
Ti-7Al 简介
Ti-7Al，也称为 钛-7铝，是一种近 α 型钛合金，专为需要长期稳定性、优异抗蠕变能力以及更强抗氧化性能的高温结构应用而开发。较高的铝含量可促进相稳定性并提升高温下的强度保持能力，使其非常适用于航空航天、海洋以及发电等服役环境。
Ti-7Al 通常在退火或固溶处理状态下进行加工，可制造成高精度的CNC 钛合金零件加工。这些零件通过CNC 加工服务实现高精度与一致性生产，尤其适用于飞机压气机部件、发动机热端零件以及氧化性环境中的关键组件。
Ti-7Al 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 | 具备耐腐蚀与抗氧化能力的基体 |
铝（Al） | 6.5–7.5 | α 稳定元素，提高高温强度 |
氧（O） | ≤0.15 | 强化合金；需控制以保证延展性 |
碳（C） | ≤0.08 | 残余元素 |
氢（H） | ≤0.015 | 需控制以避免氢脆 |
氮（N） | ≤0.03 | 少量残余 |
铁（Fe） | ≤0.25 | 残余元素 |
物理性能
性能 | 典型值 | 测试标准/条件 |
|---|---|---|
密度 | 4.48 g/cm³ | ASTM B311 |
熔化温度范围 | 1600–1670°C | ASTM E1268 |
导热系数 | 6.4 W/m·K（100°C） | ASTM E1225 |
电阻率 | 1.65 µΩ·m（20°C） | ASTM B193 |
热膨胀系数 | 8.4 µm/m·°C | ASTM E228 |
比热容 | 560 J/kg·K（20°C） | ASTM E1269 |
弹性模量 | 116 GPa | ASTM E111 |
力学性能（退火状态）
性能 | 典型值 | 测试标准 |
|---|---|---|
抗拉强度 | 830–900 MPa | ASTM E8/E8M |
屈服强度（0.2%） | 780–850 MPa | ASTM E8/E8M |
延伸率 | ≥12% | ASTM E8/E8M |
硬度 | 270–300 HB | ASTM E10 |
抗蠕变性能 | 在 500°C 以下表现优异 | ASTM E139 |
抗疲劳性能 | 高 | ASTM E466 |
Ti-7Al 的关键特性
高温强度：在 450°C 以上仍能保持优良的结构完整性，适用于高性能航空发动机与结构件。
出色的抗氧化性能：高 Al 含量有助于形成稳定的 TiO₂-Al₂O₃ 纳米颗粒膜，提供耐热氧化剥落能力。
优异的抗蠕变表现：Ti-7Al 在高温持续载荷下具备长期尺寸与力学稳定性。
良好的焊接性：在适当惰性气体保护与焊后热处理条件下可进行熔焊连接。
Ti-7Al 的 CNC 加工挑战与解决方案
加工挑战
加工硬化：合金在加工过程中易发生硬化，若进给参数不当，会使后续走刀更困难。
导热系数低：切削区附近热量积聚增加热损伤风险，并缩短刀具寿命。
弹性回复：由于弹性模量适中，切削后的回弹会影响精加工尺寸公差。
氧化层表面硬度高：热处理后或已氧化表面具有磨蚀性，可能加剧刀具磨损。
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 | 对热磨损与磨粒磨损具有更高抗性 |
涂层 | AlTiN 或 TiCN | 提升耐热性并降低刀具摩擦 |
几何形状 | 正前角，修磨刃口 | 降低切削力并减少切屑粘附 |
切削速度 | 20–45 m/min | 控制热影响并兼顾表面质量 |
进给量 | 0.10–0.20 mm/rev | 保证高效排屑与良好表面粗糙度 |
冷却方式 | 高压乳化液 ≥100 bar | 对控热与排屑至关重要 |
Ti-7Al 切削参数（符合 ISO 3685）
工序 | 速度（m/min） | 进给量（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（刀具内冷） |
精加工 | 40–50 | 0.05–0.10 | 0.2–0.5 | 100–150 |
Ti-7Al 钛合金零件的表面处理
热等静压（HIP）可提高疲劳强度并致密化显微组织，对航空涡轮部件尤为关键。
热处理通常包括 700–850°C 的退火或时效处理，以改善抗蠕变性能与应力松弛能力。
高温合金焊接可在惰性保护下实现高强度焊接接头，并在焊后通过热处理确保力学一致性。
热障涂层（TBC）可提升发动机机匣及氧化性环境中的耐热能力。
CNC 加工可为航空航天与国防的精密应用提供紧公差生产能力。
电火花加工（EDM）适用于难加工区域的超高精度几何成形。
深孔钻削可实现 L/D >30:1 的长通道加工，并达到表面粗糙度 ≤1.6 µm。
材料测试包括蠕变与拉伸验证、显微组织检查以及超声缺陷检测。
材料测试与分析
Ti-7Al 零件通常依据航空航天质量标准，通过蠕变持久/断裂测试、拉伸性能评估、XRD 相鉴定、SEM 成像以及超声检测进行验证。
