鈦的熱處理方法

一.鈦的根本熱處理:

鈦的熱處理方法工業(yè)純鈦是單相α型組織，雖然在890℃以上有α-β的多型體轉(zhuǎn)變，但由于相變特點(diǎn)打算一的熱處理就是退火。它的主要退火方法有三種：1再結(jié)晶退火2消應(yīng)力退火3真空退火。工業(yè)純鈦在材料生產(chǎn)過程中加工硬度效應(yīng)很大。圖2-26所示為經(jīng)不同冷加工后，TA2屈服強(qiáng)度的上升，因此在鈦材生產(chǎn)過程中，經(jīng)冷、熱加工后，為了恢復(fù)塑性，得到穩(wěn)定的細(xì)晶粒組織和均勻的機(jī)械性能，應(yīng)進(jìn)展再結(jié)晶退火。工業(yè)純鈦的再結(jié)晶溫度為550-650℃，因此再結(jié)晶退火溫度應(yīng)高于再結(jié)晶溫度，但低于α-β650-700℃退火可獲得最高的綜合機(jī)械性能〔因高于700℃的退火將引起晶粒粗大，導(dǎo)致機(jī)械性能下降。退火材料10-20高溫?zé)崽幚淼臍怏w污染并進(jìn)一步脫除鈦材在熱加工過程中所吸取的氫氣產(chǎn)廠家都要求真空氣氛下的退火處理?！踩绾附?、爆炸復(fù)合、制造過程中的輕度冷變形〕中的剩余應(yīng)力，應(yīng)進(jìn)展消應(yīng)力熱處理。消應(yīng)力退火一般不需要在真空或氬氣氣氛中進(jìn)展，只要保持爐內(nèi)氣氛為微氧化性即可。二.鈦及鈦合金的熱處理:為了便于進(jìn)展機(jī)械工業(yè)加并得到具有肯定性能的鈦和鈦合金，以滿足各種產(chǎn)品對材料性能的要求，需要對鈦及鈦合金進(jìn)展熱處理。工業(yè)純鈦〔TA1、TA2、TA3〕的熱處理α-鈦合金從高溫冷卻到室溫時(shí)，金相組織幾乎全是α相，不能起強(qiáng)化作用，因此，目前對α-鈦只需要進(jìn)展消應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火和真空退火處理。前兩種是在微氧化爐中進(jìn)展，而后者則應(yīng)在真空爐中進(jìn)展?！惨弧碁榱讼蒜伜外伜辖鹪谌坭T、冷加工、機(jī)械加工及焊接等工藝過程中所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，以便于以后加工，并避開在使用過程中由于內(nèi)應(yīng)力存在而引起開裂破壞，對α-鈦應(yīng)進(jìn)展消退應(yīng)力退火處理。消退應(yīng)力退火溫度不能過高、過低，由于過高引起晶粒粗化，產(chǎn)生不必要的相變而影響機(jī)械性能，過低又會使應(yīng)力得不到消退，所以，一般是選在再結(jié)晶溫度以下。對于工業(yè)純鈦來說，消退應(yīng)力退火的加熱溫度為500-600℃。加熱時(shí)間應(yīng)依據(jù)工件的厚度及保時(shí)間。工業(yè)純鈦消退應(yīng)力退火的保溫時(shí)間為15-60分鐘，冷卻方式一般承受空冷?！捕吃俳Y(jié)晶退火〔完全退火〕α-鈦大局部在退火狀態(tài)下使用，退火可降低強(qiáng)度、提高塑性，得到較好的綜合性能。為的退火溫度高于再結(jié)晶溫度，但低于α向β120-200℃，這時(shí)所得到的是細(xì)晶680-70030-120常加熱溫度高時(shí)，保溫時(shí)間要短些。需要指出的是，退火溫度高于700℃時(shí)，而且保溫時(shí)間長時(shí)，將引起晶粒粗化，導(dǎo)致機(jī)粒粗化，可實(shí)行以下兩種措施：盡可能將退火溫度選在700℃以下。退火溫度假設(shè)在700℃以上時(shí)，保溫時(shí)間盡可能短些，但在一般狀況下，每mm厚3分鐘，對于全部工件來講，不能小于15分鐘。〔三〕鈦中的氫雖無強(qiáng)化作用，但危害性很大，能引起氫脆。氫在α-鈦中的溶解度很小，主TiH2化合物狀態(tài)存在，而TiH2300℃以下才穩(wěn)定。如將α-鈦在真空中進(jìn)展加熱，就能將氫降低至0.1%以下。當(dāng)鈦中含氫量過多時(shí)需要除氫，為了除氫或防止氧化，必需進(jìn)展緩冷卻到適當(dāng)?shù)臏囟龋缓蟛拍荛_爐，真空度不能低于5×10-4mmHg。二．TC4〔Ti-6Al-4V〕的熱處理在鈦合金中，TC4是應(yīng)用比較廣泛的一種鈦合金通常它是在退火狀態(tài)下使用對TC4可進(jìn)展消退應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火和固溶時(shí)效處理，退火后的組織是α和β兩相共存，但β相含量較少，約占有10%。TC4再結(jié)晶溫度為750℃。再結(jié)晶退火溫度一般選在再結(jié)晶溫度以上80~10℃〔但在實(shí)際應(yīng)用中，可視具體狀況而定，如表5-2，再結(jié)晶退火后TC4的組織是等軸α相+β相，綜合性能良好。但對TC4的退火處理只是一種相穩(wěn)定化處理，為了充分民掘其優(yōu)良性能的潛力，則應(yīng)進(jìn)展強(qiáng)化處理。 TC4合金的α+β/β相轉(zhuǎn)變溫度為980~990℃，固溶處理溫度一般選在α+β/β轉(zhuǎn)變溫度以下40~100℃〔視具體狀況而定，如表5-26所示，由于在β高的優(yōu)點(diǎn)，但拉伸塑性和疲乏強(qiáng)度均很低，而在α+β相區(qū)固溶處理則無此缺點(diǎn)。類 型溫規(guī)度〔℃〕時(shí)間〔min〕冷范卻方式消退應(yīng)力退火550~65030~240空冷再結(jié)晶退火750~80060~120空冷或隨爐冷卻至590℃后空冷真空退火790~815固溶處理850~95030~60水 淬時(shí)效處理480~5604~8h空 冷時(shí)效處理是將固溶處理后的TC4加熱到中等溫度，保持肯定時(shí)間，隨后空冷。時(shí)效處理的目的是消退固溶處理所產(chǎn)生的對綜合性能不利的α’相。固溶處理所產(chǎn)生的淬火馬氏體，在時(shí)效過程中發(fā)生快速分解〔相變相當(dāng)簡單，使強(qiáng)度上升，對此有兩種看法：1α’α+βTC4強(qiáng)度上升。認(rèn)為在時(shí)效過程中，β相分解形成ω相，造成TC4強(qiáng)化。隨著時(shí)效的進(jìn)展，強(qiáng)度降低，對此現(xiàn)象也有兩種不同的觀點(diǎn)：β相的聚攏使強(qiáng)度降低〔與上述1對應(yīng)。ω相的分解為一軟化過程〔2對應(yīng)。〔5-28TC4850℃固溶處理后，在不同溫度下的時(shí)效硬化曲線。低溫時(shí)效〔480-560℃〕700℃的高溫時(shí)效好。由于比高溫時(shí)效的好。經(jīng)固溶處理的TC4750-800℃退火處理后的綜合性能要好。需要指出的是，TC4合金的加工態(tài)原始組織對熱處理后的顯微組織和力學(xué)性能有較大的在750~800℃退火后，根本保持原來的組織狀態(tài)；對于在相變溫度以下進(jìn)展加工而得到的αβ750-800℃退火后，則能得到等軸初生α相及轉(zhuǎn)變的β相。前者的拉伸延性和斷面收縮率都較后者低；但耐高溫性能和斷裂韌性、抗熱鹽應(yīng)力腐蝕都較高。四．Ti-32Mo-2.5Nb的熱處理Ti-32Mo-2.5Nbβ型單相固溶合金，只需進(jìn)展消退應(yīng)力退火處理，退火溫度為750~800℃，保溫一小時(shí)，冷卻方式承受空冷、爐冷均可。五．熱處理中的幾個(gè)問題〔一〕污染問題集中外，鈦還與空氣中的氫、氮、碳等起劇烈的反響，也能與氣體化合物CO、CO2、H2O、NH4分發(fā)生變化，其中一些間隙元素還能透過金屬點(diǎn)陣，形成間隙固溶體。況且除氫以外，其他元素不僅影響鈦和鈦合金的力學(xué)性能，而且還影響α+β/β轉(zhuǎn)變溫度和一些相變過程，因此，對于間隙元素，尤其是氣體雜質(zhì)元素對鈦和鈦合金的污染問題，在熱處理中必需引起重視?！捕臣訜釥t的選擇〔真空度要求在1×1-mmH〔氬氣純度在99.99%以上并且枯燥〕的加熱爐中進(jìn)展加熱。熱處理完畢后，必要時(shí)用30%的硝酸加3%的氫氟酸50℃溫度下對工件進(jìn)展酸洗，或稍微磨削，以除去外表污染層?！菜摹秤诠ぜ?，則要求外表沒有油污、水和氧化皮。廠還是承受一般加熱爐。在一般加熱爐中加熱，依據(jù)需求的不同承受不同的措施防止污染，比方：依據(jù)工件的大小，可裝在封閉的低碳鋼容器中，抽真空后進(jìn)展加熱。假設(shè)無真空泵可通入惰性氣體〔氬氣或氦氣使用涂層也是熱處理中保護(hù)鈦免遭污染的措施之一，在國外已取得肯定的閱歷。國內(nèi)一些工廠也在承受高溫漆和玻璃涂料作涂層。有人認(rèn)為，目前對鈦所用的各種保護(hù)涂層，