IMI‑685（商业牌号 TIMETAL 685）是英国 IMI／TIMET 体系开发的近 α 型高温钛合金，名义成分为 Ti‑6Al‑5Zr‑0.5Mo‑0.25Si，法国对应牌号写作 Ti‑685。该牌号专为航空燃气涡轮发动机研制，设计目标是 520 ℃ 条件下的抗蠕变能力，主要用于压气机盘、叶片、鼓筒等热端承力件，也可用于高温紧固件与燃气轮机部件。
其合金设计逻辑清晰：Al 提供固溶强化与高温强度，是铝当量的主体；Zr 含量达 4.5–6.0%，显著提高再结晶温度与抗蠕变能力；Mo 少量加入以平衡塑性与热加工性；微量 Si 通过析出硅化物钉扎位错、抑制高温蠕变。四者组合使该合金在 520 ℃ 下的蠕变塑性应变控制在较低水平，保留可焊、可锻的工艺能力。
以锻件形态供应时，IMI‑685 的工艺特点值得关注：
可 β 锻造：锻造温度可设在 β 相变点（约 1020 ℃）以上，也可在两相区（约 990–1010 ℃）锻造，两种路线得到不同组织与性能取向；
必须完整热处理后使用：典型制度为 1050 ℃ 固溶 + 油淬、550 ℃／24 h 时效，热处理制度对最终性能影响显著；
可焊性好：可用氩弧焊、电子束焊、摩擦焊，焊前须完成热处理，焊后按 550 ℃／4–8 h 处理，焊缝组织与性能可接近母材。
三、牌号与标准表格
| 牌号 | IMI‑685（商业名 TIMETAL 685） |
| 名义成分 | Ti‑6Al‑5Zr‑0.5Mo‑0.25Si |
| 合金类型 | 近 α 型（α+β 双相为主，β 相含量低） |
| 研制背景 | 英国 IMI 体系为航空发动机高温承力件开发，法国记为 Ti‑685 |
| 常用规范 | TIMET / TIMETAL 685 材料数据表（TMC 系列材料规范）及客户型号技术条件 |
| 国内体系 | 无完全等同的国家标准牌号，国内供应多按客户技术协议或牌号规范执行，需逐项比对成分与性能 |
| 供货状态 | 固溶＋时效态（STA）、β 处理态、退火态（按用途约定） |
| β 相变点 | 1020 ℃ ±15 ℃（材料数据表给出值，实际按炉批实测确定） |
| 材料特性 | 非磁性 |
表格
| Al | 5.70 | 6.30 | α 稳定元素，固溶强化与高温强度基础 |
| Zr | 4.50 | 6.00 | 提高再结晶温度，抗蠕变能力的主要贡献元素 |
| Mo | 0.25 | 0.75 | β 稳定元素，平衡塑性与热加工性 |
| Si | 0.015 | 0.35 | 析出硅化物，钉扎位错、抑制蠕变 |
| Fe | — | 0.05 | 杂质，控制严格 |
| C | — | 0.08 | 杂质 |
| O | — | 0.20 | 间隙元素，影响强度 — 塑性平衡 |
| N | — | 0.03 | 间隙元素 |
| H | — | 0.01 | 氢，需控制以防氢脆 |
| 其他单个 | — | 0.10 | 残余元素 |
| 其他合计 | — | 0.40 | 残余元素 |
| Ti | 余量 | — | 基体 |
注：不同资料对 Si 下限的写法存在 0.015 与 0.15 两种口径，签单前应在技术协议中明确引用版本，避免验收争议。Space Materials DatabaseAZoM
五、力学性能5.1 典型室温性能（固溶＋时效态）表格
| 0.2% 屈服强度 Rp0.2 | 914 MPa | 900 MPa | 屈强比高，设计时需留塑性储备 |
| 抗拉强度 Rm | 1020 MPa | 1030 MPa | 数据表另有 1030 MPa 口径 |
| 断后伸长率 δ5 | 11% | 10% | — |
| 断面收缩率 ψ | 22% | 20% | — |
| 缺口拉伸比（Kt=3） | 1.6（相对实际抗拉强度） | 1.6 | 缺口敏感性较低 |
| 断裂韧性 KIC | 68 MPa·m¹ᐟ² | — | 承力件损伤容限设计参考 |
| 硬度 | — | HV 380 | — |
表格
| 20 ℃ | 900 MPa | 1030 MPa | 10% | 20% |
| 520 ℃ | 525 MPa | 670 MPa | 12% | 36% |
表格
| 450 ℃ | 390 MPa | 3000 h | 0.051% |
| 500 ℃ | 193 MPa | 1000 h | 0.040% |
| 520 ℃ | 310 MPa | 100 h | 0.061% |
| 520 ℃ | 310 MPa | 300 h | 0.145% |
蠕变试验后去除表面再做室温拉伸，0.2% 屈服强度仍在 920–950 MPa 区间，抗拉强度维持在 1020–1040 MPa，说明该牌号在 520 ℃ 长时暴露后的性能稳定性较好。
说明：以上为材料规范与数据表的典型值，用于技术交流与选型参考，不构成单件性能承诺；验收以下游合同约定项目与随货检测报告为准。Space Materials DatabaseAZoM
六、物理性能表格
| 密度 | 4.45 g/cm³ | 20 ℃ |
| 弹性模量 E | 约 125 GPa | 20–25 ℃ |
| 剪切模量 G | 约 47 GPa | 20–25 ℃ |
| 热导率 | 约 4.15 W/(m・K) | 室温 |
| 电阻率 | 约 1.67 μΩ・m | 室温 |
| 线膨胀系数 | 9.7×10⁻⁶ /℃（20–100 ℃）；9.5×10⁻⁶ /℃（20–300 ℃）；10.1×10⁻⁶ /℃（20–500 ℃） | 分段给出 |
| 磁性 | 非磁性 | — |
| 长期使用温度 | 520 ℃ | 抗蠕变设计温度 |
表格
| 熔炼 | 真空自耗熔炼，成分均匀性控制（Zr、Si 分布） | Si 含量偏低会削弱蠕变抗力，偏高影响塑性 |
| β 锻造 | 1030–1050 ℃（β 相变点以上） | 得到魏氏（basket‑weave）组织，蠕变抗力取向好，原始 β 晶粒尺寸需控制 |
| α+β 锻造 | 990–1010 ℃（两相区） | 得到等轴或双态组织，疲劳性能取向更好 |
| 固溶处理 | 1050 ℃／30 min，油淬 | 炉到油槽转移时间不超过 30 s，避免先共析 α 析出 |
| 时效 | 550 ℃／24 h，空冷 | 析出细小次生 α 与硅化物，实现强度与蠕变的匹配 |
| 焊后处理 | 550 ℃／4–8 h | 用于焊接件的组织与性能恢复 |
| 去应力 | 按截面与工序约定 | 粗加工后、校形后使用 |
工艺提示：该牌号对热处理制度高度敏感，固溶温度与淬火转移时间直接决定组织类型；β 锻造组织晶粒较粗时抗蠕变有利，但对保载（dwell）疲劳较为敏感，工程上通常通过控制原始 β 晶粒尺寸与后续加工路线来平衡两类性能。锻件若用于转动件，建议在技术协议中约定组织类型与晶粒度级别。
八、可供应形式表格
| 模锻件 | 压气机盘坯、叶片坯、鼓筒、接头 | 需提供三维模型或二维图，含余量、公差与流线要求 |
| 自由锻件 | 饼件、环件、台阶轴、方块、筒体 | 按图定制，单件重量与外形按项目协商 |
| 环轧件 | 机匣环、法兰环、薄壁环 | 环轧 + 热处理 + 精整一体交付 |
| 棒坯 / 坯料 | 圆棒、方坯 | 可作为锻件坯料或直接供货 |
| 供货状态 | 固溶＋时效（STA）、β 处理态、退火态、机加工态 | 按使用要求确定 |
| 表面状态 | 黑皮、车光、磨光；粗车、半精车 | 按图执行 |
| 交付文件 | 材质证明书（MTC）、化学成分、室温与高温力学性能、蠕变数据（按需）、金相组织、无损检测报告、热处理曲线 | 第三方检测可按需安排 |
表格
| 航空发动机 | 压气机盘、压气机叶片、鼓筒、承力环 | 520 ℃ 抗蠕变能力与比强度匹配 |
| 燃气轮机 | 热端承力件、紧固件 | 高温长时组织稳定 |
| 航天动力 | 高温承力结构件、紧固件 | 高温强度与断裂韧性兼顾 |
| 高端装备 | 高温受力部件、非磁性结构件 | 非磁性 + 耐蚀 + 高温强度 |
表格
| 合金类型 | 近 α 型 | 近 α 型 | 近 α 型 | α+β 型 |
| 名义成分 | Ti‑6Al‑5Zr‑0.5Mo‑0.25Si | Ti‑5.8Al‑4Sn‑3.5Zr‑0.7Nb‑0.5Mo‑0.35Si | Ti‑6.5Al‑2Zr‑1Mo‑1V | Ti‑6Al‑4V |
| 设计使用温度 | 约 520 ℃ | 约 600 ℃ 级 | 约 500 ℃ | 约 350–400 ℃ |
| 抗蠕变取向 | 强 | 更强 | 中等 | 一般 |
| 组织敏感性 | 高（依赖热处理制度） | 高 | 中等 | 中等 |
| 供应体系 | 英系牌号，国内多按协议 | 英系牌号，国内多按协议 | 国内标准体系成熟 | 全球供应链成熟 |
| 适用场景 | 中温段压气机盘与叶片 | 更高温段压气机件 | 500 ℃ 级结构件与拼焊件 | 通用结构件 |
选型提示：IMI‑685 与 IMI‑834 同属英系近 α 高温钛合金，但使用温度与合金化程度不同，两者不构成简单替代关系；与 TA15 相比，IMI‑685 的抗蠕变设计取向更明确，而 TA15 在板材成形与拼焊结构上应用更广。替代前应逐项比对成分、室温与高温性能、蠕变与疲劳数据及验收标准。
十、质量与检验表格
| 化学成分 | 光谱 / 湿法分析，按材料规范 | 每炉批必检，重点关注 Si、Zr |
| 室温拉伸 | Rp0.2、Rm、δ5、ψ | 随货提供实测值 |
| 高温拉伸 | 520 ℃ 抗拉与屈服 | 按项目要求纳入 |
| 蠕变 / 持久 | 按设计温度与应力水平 | 热端转动件建议纳入 |
| 缺口拉伸 | Kt=3 缺口试样 | 评价缺口敏感性 |
| 断裂韧性 | KIC | 损伤容限设计参考 |
| 硬度 | HV / HB | 状态一致性筛查 |
| 金相组织 | 原始 β 晶粒尺寸、初生 α 形貌、硅化物分布 | 工艺验证与失效分析 |
| 无损检测 | 超声（UT）、渗透（PT）、射线（RT，按需） | 按客户验收级别执行 |
| 高倍与断口 | SEM / TEM | 按项目需要安排 |
热处理是性能核心：固溶温度、淬火转移时间与时效制度共同决定组织与性能；固溶后转移时间过长会析出先共析 α，导致强度与蠕变性能下降。
切削加工：热导率仅约 4.15 W/(m・K)，切削热集中于刀刃；含 Zr 与硅化物使刀具磨损加快。建议涂层硬质合金刀具、较低切削速度、高压冷却，控制切削区温度。
焊接：可用氩弧焊、电子束焊、摩擦焊。焊前材料须完成热处理，焊后建议 550 ℃／4–8 h 处理；焊接全程需高纯惰性气体保护，防止氧污染。
锻造组织选择：β 锻造组织抗蠕变有利、疲劳性能相对偏弱；两相区锻造组织疲劳性能较好、蠕变抗力略低。转动件应在设计阶段即明确组织要求。
保载疲劳：该牌号在粗晶组织下对保载（dwell）疲劳较敏感，工程上通过细化原始 β 晶粒、控制组织形貌与表面完整性来降低风险，重要转动件建议将晶粒度与表面状态纳入验收。
表面污染：高温加热与热处理后须去除富氧层，避免残留影响疲劳与焊接质量。
储运：避免与碳钢、氯系物质长期接触；薄壁环件与盘坯建议专用工装支撑，防止变形。
十二、供货与合作说明可按客户图纸或三维模型定制 IMI‑685 钛锻件，支持小批量试制与批量供货。
报价所需信息：牌号与状态、图纸或尺寸、单件重量与数量、执行规范（TIMETAL 685 材料规范或型号技术条件）、组织与晶粒度要求、探伤级别、是否需蠕变与高温性能数据。
可随货提供材质证明书与检测报告，支持客户指定第三方机构复检。
特殊要求（β 锻造组织、分区性能、蠕变数据包、保载疲劳评估）可在技术协议中单独约定。