不同牌號(hào)鈦合金的折彎加工特性差異顯著，這主要取決于它們的合金類型（α、近α、α-β、β）、微觀組織和力學(xué)性能（特別是屈服強(qiáng)度、彈性模量、延伸率和加工硬化率）。理解這些特性對(duì)于成功進(jìn)行折彎加工、避免開裂、回彈過(guò)大或形狀不準(zhǔn)確至關(guān)重要。
鈦合金牌號(hào)的折彎加工特性
01.工業(yè)純鈦(CP Ti:Gr1,Gr2,Gr3,Gr4)
類型：α合金
特性：最佳折彎性：CP鈦是所有鈦合金中折彎性能最好的。強(qiáng)度最低（Gr1最軟，Gr4最硬），延展性最高。
低回彈：相對(duì)較低的屈服強(qiáng)度和彈性模量意味著回彈比高強(qiáng)度鈦合金小，更容易控制最終形狀。
低開裂傾向：高延展性使其在較大的彎曲半徑下不易開裂。
最小彎曲半徑：通常可以實(shí)現(xiàn)相對(duì)較小的彎曲半徑（例如，對(duì)于薄板，90°彎曲的最小內(nèi)側(cè)半徑R可以做到1-2倍板厚t）。
應(yīng)用：化工、海洋、醫(yī)療植入物（Gr2,Gr4）、消費(fèi)品等要求耐蝕性和良好成形性的領(lǐng)域。
02.Ti-3Al-2.5V(Gr9)
類型：近α合金
特性：良好折彎性，強(qiáng)度比Gr2高約50%，但仍保持較好的延展性。折彎性能介于CP鈦和Ti-6Al-4V之間。
回彈適中：回彈比CP鈦大，但比Ti-6Al-4V小。
最小彎曲半徑：比CP鈦稍大，但仍優(yōu)于大多數(shù)α-β合金。例如，可能要求R≥2t。
應(yīng)用：航空液壓管、自行車架、運(yùn)動(dòng)器材（兼顧強(qiáng)度、成形性和重量）。
03.Ti-6Al-4V(Gr5)
類型：α-β合金（最常用）
特性：中等至較差折彎性：這是應(yīng)用最廣泛的鈦合金，但也是折彎最具挑戰(zhàn)性的常見牌號(hào)之一。
高回彈：高屈服強(qiáng)度和高彈性模量導(dǎo)致極大的回彈。模具設(shè)計(jì)必須進(jìn)行顯著的補(bǔ)償（過(guò)彎），否則難以達(dá)到目標(biāo)角度。回彈量可能是低碳鋼的數(shù)倍。
高開裂傾向：延展性相對(duì)較低（尤其與CP鈦相比）。
對(duì)彎曲半徑敏感：要求較大的最小彎曲半徑。對(duì)于90°彎曲，通常要求最小內(nèi)側(cè)半徑R≥3t（板厚），甚至R≥4t或更大，尤其是在彎曲方向與軋制方向垂直時(shí)。嘗試更小的半徑極易導(dǎo)致外側(cè)開裂。
對(duì)表面缺陷敏感：劃痕、缺口等會(huì)成為裂紋源。
加工硬化：加工硬化率較高，多次彎曲或小步距折彎會(huì)加劇開裂風(fēng)險(xiǎn)。
溫度影響：加熱（150-300°C）可以顯著改善其折彎性能：
降低流變應(yīng)力，減少所需折彎力。
提高延展性，允許更小的彎曲半徑（可能降至R≥2t）。
降低回彈量。
熱折彎是加工Ti-6Al-4V復(fù)雜形狀或小半徑的常用方法。
應(yīng)用：航空航天結(jié)構(gòu)件、發(fā)動(dòng)機(jī)部件、高性能汽車、醫(yī)療植入物、軍工等要求高強(qiáng)度、良好疲勞性能和中等耐熱性的領(lǐng)域。
04.Ti-6Al-4V ELI(Gr23)
類型：α-β合金(Ti-6Al-4V的超低間隙版本)
特性：基本特性與Gr5相似（高回彈，要求大彎曲半徑，易開裂）。
略優(yōu)的折彎性：更低的氧、氮、鐵含量使其延展性稍好于標(biāo)準(zhǔn)Gr5。這意味著在同等條件下，開裂傾向可能略低，允許的彎曲半徑可能略微減?。ǖ赃h(yuǎn)大于CP鈦）。
回彈仍然很大。
應(yīng)用：主要用于對(duì)斷裂韌性要求極高的領(lǐng)域，如外科植入物、低溫容器。折彎特性改善有限，仍需謹(jǐn)慎。
05.β合金(如Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn,Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr(Beta C),Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr)
類型：β合金（通常在固溶處理態(tài)（ST）下成形）
特性：優(yōu)異的冷折彎性(在固溶處理態(tài))：這是β合金最大的優(yōu)勢(shì)之一。
極低屈服強(qiáng)度/高延展性：ST狀態(tài)下強(qiáng)度低，延展性非常高（可達(dá)20%+）。
極小的最小彎曲半徑：在ST態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)非常小的彎曲半徑，甚至接近R=0.5t（取決于具體合金和厚度），遠(yuǎn)優(yōu)于α-β合金。
低回彈：低屈服強(qiáng)度意味著回彈相對(duì)較小。
低開裂傾向：高延展性使其在劇烈彎曲下也不易開裂。
關(guān)鍵點(diǎn)：成形后需要時(shí)效硬化：折彎通常在軟態(tài)（ST）下進(jìn)行，以獲得最佳成形性。成形后必須進(jìn)行時(shí)效處理，以達(dá)到所需的高強(qiáng)度。時(shí)效處理會(huì)導(dǎo)致尺寸變化（收縮），必須在模具設(shè)計(jì)和工藝規(guī)劃中考慮。
成本高：原材料成本通常高于Ti-6Al-4V。
應(yīng)用：主要用于需要極復(fù)雜形狀、小彎曲半徑或高冷成形性的航空航天結(jié)構(gòu)件、彈簧等。利用其優(yōu)異的冷成形性加工復(fù)雜零件，再通過(guò)時(shí)效獲得高強(qiáng)度。
總結(jié)關(guān)鍵影響因素
01.回彈：β合金(ST)<CP Ti≈Ti-3Al-2.5V<Ti-6Al-4V ELI<Ti-6Al-4V（回彈量遞增）。高屈服強(qiáng)度和高彈性模量是導(dǎo)致大回彈的主因。
02.最小彎曲半徑(開裂傾向)：*β合金(ST)<CP Ti<Ti-3Al-2.5V<Ti-6Al-4V ELI<Ti-6Al-4V（最小R遞增，開裂傾向遞增）。延展性是主要決定因素。
03.溫度：對(duì)Ti-6Al-4V等α-β合金至關(guān)重要。適當(dāng)加熱（150-300°C）可顯著降低最小彎曲半徑、折彎力和回彈。CP鈦和β合金(ST)通?？稍谑覝叵铝己谜蹚潯?/p>
04.彎曲方向：相對(duì)于板材軋制方向進(jìn)行彎曲會(huì)影響最小彎曲半徑和開裂風(fēng)險(xiǎn)（通常橫向彎曲風(fēng)險(xiǎn)更高）。
05.表面質(zhì)量：高質(zhì)量、無(wú)缺陷的表面對(duì)所有鈦合金折彎都至關(guān)重要，尤其對(duì)Ti-6Al-4V。
06.模具設(shè)計(jì)：針對(duì)大回彈（尤其是Ti-6Al-4V）和材料流動(dòng)特性進(jìn)行專門設(shè)計(jì)（如合適的模具間隙R角、壓料力控制）。
07.潤(rùn)滑：使用合適的潤(rùn)滑劑減少摩擦和劃傷。
選擇建議
01.追求最小彎曲半徑/復(fù)雜形狀：優(yōu)先考慮β合金（如Ti-15-3-3-3,Beta C），但需考慮時(shí)效收縮和成本。
02.良好折彎性與適中強(qiáng)度：Ti-3Al-2.5V(Gr9)是CP鈦和Ti-6Al-4V之間的良好折衷。
03.最佳折彎性/耐蝕性優(yōu)先，強(qiáng)度要求不高：工業(yè)純鈦（Gr1,Gr2）。
04.高強(qiáng)度應(yīng)用（需折彎）：Ti-6Al-4V(Gr5)或Gr23(ELI)是主流選擇，但必須：
嚴(yán)格遵守最小彎曲半徑規(guī)范（通常R≥3t或更大）。
強(qiáng)烈考慮熱折彎以改善性能。
精心設(shè)計(jì)模具補(bǔ)償回彈。
確保板材表面質(zhì)量完美。
了解不同牌號(hào)鈦合金的核心折彎特性（回彈、最小彎曲半徑、溫度敏感性），并結(jié)合具體應(yīng)用需求（強(qiáng)度、形狀復(fù)雜度、成本）進(jìn)行選材和工藝設(shè)計(jì)，是成功實(shí)現(xiàn)鈦合金折彎加工的關(guān)鍵。
