鈦的熱處理方法(共4頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上鈦的熱處理方法一.鈦的基本熱處理:工業(yè)純鈦是單相 型組織，雖然在890以上有- 的多型體轉(zhuǎn)變，但由于相變特點(diǎn)決定了它的強(qiáng)化效應(yīng)比較弱，所以不能用調(diào)質(zhì)等熱處理提高工業(yè)純鈦的機(jī)械強(qiáng)度。工業(yè)純鈦唯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。前兩種的目的都是消除應(yīng)力和加工硬化效應(yīng)，以恢復(fù)塑性和成型能力。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)度的升高，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)行再結(jié)晶退火。工業(yè)純鈦的再結(jié)晶溫度為5

2、50-650，因此再結(jié)晶退火溫度應(yīng)高于再結(jié)晶溫度，但低于- 相的轉(zhuǎn)變溫度。在650-700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）。退火材料的冷加工硬化一般經(jīng)10-20 分鐘退火就能消除。這種熱處理一般在鈦材生產(chǎn)單位進(jìn)行。為了減少高溫?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收的氫氣，目前一般鈦材生產(chǎn)廠家都要求真空氣氛下的退火處理。為了消除鈦材在加工過程（如焊接、爆炸復(fù)合、制造過程中的輕度冷變形）中的殘余應(yīng)力，應(yīng)進(jìn)行消應(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)行，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)行機(jī)械

3、工業(yè)加并得到具有一定性能的鈦和鈦合金，以滿足各種產(chǎn)品對(duì)材料性能的要求，需要對(duì)鈦及鈦合金進(jìn)行熱處理。1工業(yè)純鈦（TA1、TA2、TA3）的熱處理-鈦合金從高溫冷卻到室溫時(shí)，金相組織幾乎全是 相，不能起強(qiáng)化作用，因此，目前對(duì)-鈦只需要進(jìn)行消應(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)行，而后者則應(yīng)在真空爐中進(jìn)行。（一）消應(yīng)力退火為了消除鈦和鈦合金在熔鑄、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，并避免在使用過程中由于內(nèi)應(yīng)力存在而引起開裂破壞，對(duì)-鈦應(yīng)進(jìn)行消除應(yīng)力退火處理。消除應(yīng)力退火溫度不能過高、過低，因?yàn)檫^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

4、又會(huì)使應(yīng)力得不到消除，所以，一般是選在再結(jié)晶溫度以下。對(duì)于工業(yè)純鈦來說，消除應(yīng)力退火的加熱溫度為500-600。加熱時(shí)間應(yīng)根據(jù)工件的厚度及保溫時(shí)間來確定。為了提高經(jīng)濟(jì)效果并防止不必要的氧化，應(yīng)選擇能消除大部分內(nèi)應(yīng)力的最短時(shí)間。工業(yè)純鈦消除應(yīng)力退火的保溫時(shí)間為15-60 分鐘，冷卻方式一般采用空冷。（二）再結(jié)晶退火（完全退火）-鈦大部分在退火狀態(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。為了盡可能減少在熱處理過程中氣體對(duì)鈦材表面污染，熱處理溫度盡可能選得低些。工業(yè)純鈦的退火溫度高于再結(jié)晶溫度，但低于 向 相轉(zhuǎn)變的溫度120-200，這時(shí)所得到的是細(xì)晶粒組織。加熱時(shí)間視工件厚度而定，冷

5、卻方式一般采用空冷。對(duì)于工業(yè)純鈦來說，再結(jié)晶退火的加熱溫度為680-700，保溫時(shí)間為30-120 分鐘。規(guī)范的選取要根據(jù)實(shí)際情況來定，通常加熱溫度高時(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)械性能下降，同時(shí)，晶粒一旦粗化，用現(xiàn)有的任何熱處理方法都難以使之細(xì)化。為了避免晶粒粗化，可采取下列兩種措施：1）盡可能將退火溫度選在700以下。2） 退火溫度如果在700以上時(shí)，保溫時(shí)間盡可能短些，但在一般情況下，每mm 厚度不得少于3 分鐘，對(duì)于所有工件來講，不能小于15 分鐘。（三）真空退火鈦中的氫雖無強(qiáng)化作用，但危害性很大，能引起氫脆。氫在-鈦中

6、的溶解度很小，主要呈TiH2 化合物狀態(tài)存在，而TiH2 只在300以下才穩(wěn)定。如將-鈦在真空中進(jìn)行加熱，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，必須進(jìn)行真空退火。真空退火的加熱溫度與保溫時(shí)間，與再結(jié)晶退火基本相同。冷卻方式為在爐中緩冷卻到適當(dāng)?shù)臏囟?，然后才能開爐，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(duì)TC4 可進(jìn)行消除應(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 和 兩相共存，但 相含量較少，約占有10%。TC4 再結(jié)晶溫度為75

7、0。再結(jié)晶退火溫度一般選在再結(jié)晶溫度以上80100（但在實(shí)際應(yīng)用中，可視具體情況而定，如表5-26），再結(jié)晶退火后TC4 的組織是等軸 相+ 相，綜合性能良好。但對(duì)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)行強(qiáng)化處理。TC4 合金的+/ 相轉(zhuǎn)變溫度為980990，固溶處理溫度一般選在+/ 轉(zhuǎn)變溫度以下40100（視具體情況而定，如表5-26所示），因?yàn)樵?相區(qū)固溶處理所得到的粗大魏氏體組織雖具有持久強(qiáng)度高和斷裂韌性高的優(yōu)點(diǎn)，但拉伸塑性和疲勞強(qiáng)度均很低，而在+ 相區(qū)固溶處理則無此缺點(diǎn)。規(guī) 范類 型溫 度（） 時(shí)間（min） 冷 卻 方 式消除應(yīng)力退火 55065

8、0 30240 空 冷再結(jié)晶退火 750800 60120 空冷或隨爐冷卻至590后空冷真空退火 790815固溶處理 850950 3060 水 淬時(shí)效處理 480560 48h 空 冷時(shí)效處理是將固溶處理后的TC4 加熱到中等溫度，保持一定時(shí)間，隨后空冷。時(shí)效處理的目的是消除固溶處理所產(chǎn)生的對(duì)綜合性能不利的相。固溶處理所產(chǎn)生的淬火馬氏體，在時(shí)效過程中發(fā)生迅速分解（相變相當(dāng)復(fù)雜），使強(qiáng)度升高，對(duì)此有兩種看法：1。認(rèn)為由于分解出+，分解產(chǎn)物的彌散強(qiáng)化作用使TC4 強(qiáng)度升高。2.認(rèn)為在時(shí)效過程中， 相分解形成 相，造成TC4 強(qiáng)化。隨著時(shí)效的進(jìn)行，強(qiáng)度降低，對(duì)此現(xiàn)象也有兩種不同的觀點(diǎn)：1 相的聚

9、集使強(qiáng)度降低（與上述1 對(duì)應(yīng)）。2 相的分解為一軟化過程（與上述2 對(duì)應(yīng)）。時(shí)效溫度和時(shí)間的選擇要以獲得最好的綜合性能為準(zhǔn)。在推薦的固溶及時(shí)效范圍內(nèi)，最好通過時(shí)效硬化曲線來確定最佳工藝（如圖5-28 所示。此曲線為TC4經(jīng)850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）要比大于700的高溫時(shí)效好。因?yàn)樵诟邷貢r(shí)的拉伸強(qiáng)度、持久和蠕變強(qiáng)度、斷裂韌性以及缺口拉伸性能等各方面，低溫時(shí)效都比高溫時(shí)效的好。經(jīng)固溶處理的TC4 綜合性能比750-800 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(duì)熱處理后的顯微組織和力學(xué)性能有較大的影響。對(duì)于高于相變溫度，

10、經(jīng)過不同變形而形成的網(wǎng)蘭狀組織來說，是不能被熱處理所改變，在750800退火后，基本保持原來的組織狀態(tài)；對(duì)于在相變溫度以下進(jìn)行加工而得到的 及 相組織，在750-800退火后，則能得到等軸初生相及轉(zhuǎn)變的相。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-2.5Nb 是穩(wěn)定 型單相固溶合金，只需進(jìn)行消除應(yīng)力退火處理，退火溫度為750800，保溫一小時(shí)，冷卻方式采用空冷、爐冷均可。五熱處理中的幾個(gè)問題（一）污染問題鈦有極高的化學(xué)活性，幾乎能與所有的元素作用。在室溫下能與空氣中的氧起反應(yīng)，生成一層極薄的氧化膜，

11、氧化速率很小。但在高的溫度下，除了氧化速率加快并向金屬晶格內(nèi)擴(kuò)散外，鈦還與空氣中的氫、氮、碳等起激烈的反應(yīng)，也能與氣體化合物CO、CO2、H2O、NH4 及許多揮發(fā)性有機(jī)物反應(yīng)。熱處理金屬元素與工件表面的鈦發(fā)生反應(yīng)，使鈦表面的化學(xué)成分發(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，其他元素與鈦的反應(yīng)是不可逆的。即使是氫，也不允許在最終熱處理后，進(jìn)行高溫去除。間隙元素不僅影響鈦和鈦合金的力學(xué)性能，而且還影響+/ 轉(zhuǎn)變溫度和一些相變過程，因此，對(duì)于間隙元素，尤其是氣體雜質(zhì)元素對(duì)鈦和鈦合金的污染問題，在熱處理中必須引起重視。（二）加熱爐的選擇為在加熱過程中防止污染，必須對(duì)不

12、同要求的工件采取不同的措施。若在最后經(jīng)磨削或其他機(jī)械加工能將工件表面的污染層去除時(shí)，可在任何類型的加熱爐中進(jìn)行加熱，爐內(nèi)氣氛呈中性或微氧化性。為防止吸氫，爐內(nèi)應(yīng)絕對(duì)避免呈還原性氣氛。當(dāng)工件的最后加工工序?yàn)闊崽幚頃r(shí)，一定要采用真空爐（真空度要求在1×10-4mmHg）或氬氣氣氛（氬氣純度在99.99%以上并且干燥）的加熱爐中進(jìn)行加熱。熱處理完畢后，必要時(shí)用30%的硝酸加3%的氫氟酸其余為水，在50溫度下對(duì)工件進(jìn)行酸洗，或輕微磨削，以除去表面污染層。（四）加熱方法在熱處理進(jìn)行以前，首先要對(duì)加熱爐爐膛進(jìn)行清理，爐內(nèi)不應(yīng)有其他金屬或氧化皮；對(duì)于工件，則要求表面沒有油污、水和氧化皮。用真空爐對(duì)鈦工件進(jìn)行加熱是防止污染的一種有效方法，但由于目前條件所限，許多工廠還是采用一般加熱爐。在一般加熱爐中加熱，根據(jù)需求的不同采用不同的措施防止污染，比如：1根據(jù)工件的大小，可裝在封閉的低碳鋼容器中，抽真空后進(jìn)行加熱。若無真空泵可通入惰性氣體（氬氣或氦氣）進(jìn)行保護(hù)，保護(hù)氣體要多次反復(fù)通入、排出，把空氣完全排凈。2使用涂層也是熱處理中保護(hù)鈦免遭污染的措施之一，在國外已取得一定的經(jīng)驗(yàn)。國內(nèi)一些工廠也在采用高溫漆和玻璃涂料作涂層。有人認(rèn)為，目前對(duì)鈦所用的各種保護(hù)涂層，只能減少污染的深度，并不能完全免除污染。對(duì)每種熱處理，必須考慮允許的污染深度，選擇合適有效的涂層，其中也包括熱處理后