鈦合金熱處理操作注意事項(xiàng)

1、鈦合金熱處理操作注意事項(xiàng)淬火：淬火操作時(shí)，從出爐到進(jìn)入亟人介質(zhì)之間的轉(zhuǎn)移時(shí)間越短越好，以防B相分解，轉(zhuǎn)移時(shí)間最長(zhǎng)不超過(guò)10s淬火加熱保溫時(shí)間的計(jì)算公式：t=(58)A S (min)A 保溫時(shí)間系數(shù)3min/mmS 一零件有效厚度(mm淬火介質(zhì)：高閃點(diǎn)的油，或不含氯化物的鹽浴如亞硝酸鹽和硝酸鹽浴防氧化和腐蝕：在氯鹽浴中加熱時(shí)，發(fā)生熱鹽腐蝕的臨界溫度是288oC,主要是熱處理前零件清洗不正確，要求正確清洗。搬運(yùn)時(shí)，不要在零件上按指紋，對(duì)于工件上的油和潤(rùn)滑脂應(yīng)清洗干凈鈦合金在真空中加熱時(shí)，真空壓力為 0.11kPa為防止氧化，可用高純度僦、覆等惰性氣體保護(hù)，也可用塑料進(jìn)行保護(hù)，或加熱前把零件在熔融

2、的玻璃中浸蘸一下變形：為防止熱處理翹曲，零件應(yīng)固定于鐵基或銀基合金制造的夾具中為防止夾具帶來(lái)的油污，在夾具里墊薄鈦板或噴Al2O3,將鈦零件同夾具隔開(kāi)，夾具在使用前應(yīng)進(jìn)行燒焦處理有害氣體影響：氫氣：含氫量超過(guò)0.02%會(huì)產(chǎn)生氫脆，所以鈦合金最好在 真空中加熱, 用火焰加熱時(shí)，火焰不能直接噴在工件上，火焰調(diào)成中性或略帶氧化 性氧氣：氧易和鈦生成TiO2薄膜，使用過(guò)程中易產(chǎn)生剝落氮?dú)猓毫慵氲獨(dú)庾兇?，塑性下降鋼材斷裂的基本分析如今，用于各行業(yè)的鋼材品種達(dá)數(shù)千種之多。每種鋼材都因不同的性能、化學(xué)成分或合金種類和含量而具有不同的商品名稱。雖然斷裂韌性值大大方便了每種鋼的選擇，然而這些參數(shù)很難適用于所

3、 有鋼材。主要原因有：第一，因?yàn)樵阡摰囊睙挄r(shí)需加入一定數(shù)量的某 種或多種合金元素，成材后再經(jīng)簡(jiǎn)單熱處理便可獲得不同的顯微組 織，從而改變了鋼的原有性能；第二，因?yàn)闊掍摵蜐沧⑦^(guò)程中產(chǎn)生的 缺陷，特別是集中缺陷（如氣孔、夾雜等）在軋制時(shí)極其敏感，并且 在同一化學(xué)成分鋼的不同爐次之間，甚至在同一鋼坯的不同部位發(fā)生 不同的改變，從而影響鋼材的質(zhì)量。由于鋼材韌性主要取決于顯微結(jié) 構(gòu)和缺陷的分散（嚴(yán)防集中缺陷）度，而不是化學(xué)成分。所以，經(jīng)熱 處理后韌性會(huì)發(fā)生很大變化。要深入探究鋼材性能及其斷裂原因，還 需掌握物理冶金學(xué)和顯微組織與鋼材韌性的關(guān)系。.鐵素體-珠光體鋼斷裂鐵素體-珠光體鋼占鋼總產(chǎn)量的絕大多數(shù)。

4、它們通常是含碳量在 0.05%0.20%之間的鐵-碳和為提高屈服強(qiáng)度及韌性而加入的其它少 量合金元素的合金。鐵素體-珠光體的顯微組織由BBGt （鐵素體）、0.01%C可溶合 金和Fe3C組成。在碳含量很低的碳鋼中，滲碳體顆粒（碳化物）停 留在鐵素體晶粒邊界和晶粒之中。但當(dāng)碳含量高于 0.02%寸，絕大多 數(shù)的Fe3c形成具有某些鐵素體的片狀結(jié)構(gòu)，而稱為珠光體，同時(shí)趨 向于作為“晶粒”和球結(jié)（晶界析出物）分散在鐵素體基體中。含碳 量在0.10%0.20%的低碳鋼顯微組織中，珠光體含量占 10%-25%盡管珠光體顆粒很堅(jiān)硬，但卻能非常廣泛地分散在鐵素體基體上，并且圍繞鐵素體輕松地變形。通常，鐵素

5、體的晶粒尺寸會(huì)隨著珠 光體含量的增加而減小。因?yàn)橹楣怏w球結(jié)的形成和轉(zhuǎn)化會(huì)妨礙鐵素體 晶粒長(zhǎng)大。因此，珠光體會(huì)通過(guò)升高 d-1/2 （d為晶粒平均直徑）而 間接升高拉伸屈服應(yīng)力S y。從斷裂分析的觀點(diǎn)看，在低碳鋼中有兩種含碳量范圍的鋼， 其性 能令人關(guān)注。一是，含碳量在0.03%以下，碳以珠光體球結(jié)的形式存 在，對(duì)鋼的韌性影響較小；二是，含碳量較高時(shí)，以球光體形式直接 影響韌性和夏比曲線。.處理工藝的影響實(shí)踐得知，水淬火鋼的沖擊性能優(yōu)于退火或正火鋼的沖擊性能， 原因在于快冷阻止了滲碳體在晶界形成，并促使鐵素體晶粒變細(xì)。許多鋼材是在熱軋狀態(tài)下銷售，軋制條件對(duì)沖擊性能有很大影 響。較低的終軋溫度會(huì)降

6、低沖擊轉(zhuǎn)變溫度， 增大冷卻速度和促使鐵素 體晶粒變細(xì)，從而提高鋼材韌性。厚板因冷卻速度比薄板慢，鐵素體 晶粒比薄板粗大。所以，在同樣的熱處理?xiàng)l件下厚板比薄板更脆性。 因此，熱軋后常用正火處理以改善鋼板性能。熱軋也可生產(chǎn)各向異性鋼和各種混合組織、 珠光體帶、夾雜晶界 與軋制方向一致的定向韌性鋼。珠光體帶和拉長(zhǎng)后的夾雜粗大分散成 鱗片狀，對(duì)夏比轉(zhuǎn)變溫度范圍低溫處的缺口韌性有很大影響。.鐵素體-可溶合金元素的影響絕大多數(shù)合金元素加入低碳鋼，是為了生產(chǎn)在某些環(huán)境溫度下的 固溶體硬化鋼，提高晶格摩擦應(yīng)力 Si。但目前還不能僅用公式預(yù)測(cè) 較低屈服應(yīng)力，除非已知晶粒尺寸。雖然屈服應(yīng)力的決定因素是正火 溫度和

7、冷卻速度，然而這種研究方法仍很重要，因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)提高Si 預(yù)測(cè)單個(gè)合金元素可降低韌性的范圍。鐵素體鋼的無(wú)塑性轉(zhuǎn)變（NDT溫度和夏比轉(zhuǎn)變溫度的回歸分析至今尚無(wú)報(bào)導(dǎo)，然而這些也僅限于加入單個(gè)合金元素對(duì)韌性影響的定 性討論。以下就幾種合金元素對(duì)鋼性能的影響作簡(jiǎn)要介紹。1）鎰。絕大多數(shù)的鎰含量約為0.5%。作為脫氧劑或固硫劑加入 可防止鋼的熱裂。在低碳鋼中還有以下作用。含碳量0.05%鋼，空冷或爐冷后有降低晶粒邊界滲碳體薄膜 形成的趨勢(shì)。可稍減小鐵素體晶粒尺寸。可產(chǎn)生大量而細(xì)小的珠光體顆粒。前兩種作用說(shuō)明ND福度隨著鎰量的增加而降低，后兩種作用會(huì) 引起夏比曲線峰值更尖。鋼含碳量較高時(shí)，鎰能顯著降低約

8、50%專變溫度。其原因可能是 因珠光體量多，而不是滲碳體在邊界的分布。必須注意的是，如果鋼 的含碳量高于0.15%,高鎰含量對(duì)正火鋼的沖擊性能影響起到了決定 性作用。因?yàn)殇摰母叽阃感砸饖W氏體轉(zhuǎn)變成脆性的上貝氏體，而不是鐵素體或珠光體。2）銀。加入鋼中的作用似鎰，可改善鐵-碳合金韌性。其作用大 小取決于含碳量和熱處理。在含碳量（約 0.02%）很低的鋼中，加入 量達(dá)到2啾能防止熱軋態(tài)和正火鋼晶界滲碳體的形成，同時(shí)實(shí)質(zhì)降 低開(kāi)始轉(zhuǎn)變溫度TS,升高夏比沖擊曲線峰值。進(jìn)一步增加銀含量，改善沖擊韌性效果則降低。如果這時(shí)含碳量 低至正火后無(wú)碳化物出現(xiàn)時(shí)，銀對(duì)轉(zhuǎn)變溫度的影響將變得很有限。 在 含碳約0.1

9、0%的正火鋼中加入銀，最大的好處是細(xì)化晶粒和降低游離 氮含量，但其機(jī)理目前尚不清楚。可能是由于鎮(zhèn)作為奧氏體的穩(wěn)定劑 從而降低了奧氏體分解的溫度。3）磷。在純凈的鐵-磷合金中，由于鐵素體晶界會(huì)發(fā)生磷偏析降 低了抗拉強(qiáng)度Rm而使晶粒之間脆化。此外，由于磷還是鐵素體的穩(wěn) 定劑。所以，加入鋼中將大大增加 Si值和鐵素體晶粒尺寸。這些作 用的綜合將使磷成為極其有害的脆化劑，發(fā)生穿晶斷裂。4）硅。鋼中加硅是為了脫氧，同時(shí)有益于提高沖擊性能。如果 鋼中同時(shí)存在鎰和鋁，大部分硅在鐵素體中溶解，同時(shí)通過(guò)固溶化硬 化作用提高Si。這種作用與加入硅提高沖擊性能綜合的結(jié)果是，在 穩(wěn)定晶粒尺寸的鐵-碳合金中按重量百分比

10、加入硅，使 50%專變溫度 升高約44 Co止匕外，硅與磷相似，是鐵素鐵的穩(wěn)定劑，能促進(jìn)鐵素 體晶粒長(zhǎng)大。按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)，硅加入正火鋼中將提高平均能量轉(zhuǎn)換 溫度約60 Co5）鋁。以合金和脫氧劑的作用加入鋼中有以下兩方面的原因： 第一，與溶體中的氮生成 AlN,去除游離氮；第二，AlN的形成細(xì)化 了鐵素體晶粒。這兩種作用的結(jié)果是，每增加0.1%的鋁，將使轉(zhuǎn)變溫度降低約40Co然而，當(dāng)鋁的加入量超過(guò)了需要，“固化”游離 氮的作用將變?nèi)酢?）氧。鋼中的氧會(huì)在晶界產(chǎn)生偏析導(dǎo)致鐵合金晶間斷裂。鋼中 氧含量高至0.01%,斷裂就會(huì)沿著脆化晶粒的晶界產(chǎn)生的連續(xù)通道發(fā) 生。即使鋼中含氧量很低，也會(huì)使裂紋在晶

11、界集中成核，然后穿晶擴(kuò) 散。解決氧脆化問(wèn)題的方法是，可加入脫氧劑碳、鎰、硅、鋁和錯(cuò)， 使其和氧結(jié)合生成氧化物顆粒，而將氧從晶界去除。氧化物顆粒也是 延遲鐵素體生長(zhǎng)和提高d-/2的有利物質(zhì)。.含碳量在0.3%0.8%的影響亞共析鋼的含碳量在 0.3%0.8%,先共析鐵素體是連續(xù)相并首 先在奧氏體晶界形成。珠光體在奧氏體晶粒內(nèi)形成，同時(shí)占顯微組織 的35%- 100%止匕外，還有多種聚集組織在每一個(gè)奧氏體晶粒內(nèi)形成， 使珠光體成為多晶體。由于珠光體強(qiáng)度比先共析鐵素體高，所以限制了鐵素體的流動(dòng)， 從而使鋼的屈服強(qiáng)度和應(yīng)變硬化率隨著珠光體含碳量的增加而增加。 限制作用隨硬化塊數(shù)量增加，珠光體對(duì)先共析晶

12、粒尺寸的細(xì)化而增 強(qiáng)。鋼中有大量珠光體時(shí)，形變過(guò)程中會(huì)在低溫和 /或高應(yīng)變率時(shí)形 成微型解理裂紋。雖然也有某些內(nèi)部聚集組織斷面， 但斷裂通道最初 還是沿著解理面穿行。所以，在鐵素體片之間、相鄰聚集組織中的鐵 素體晶粒內(nèi)有某些擇優(yōu)取向。.貝氏體鋼斷裂在含碳量為0.10%勺低碳鋼中加入0.05%f目和硼可優(yōu)化通常發(fā)生在700850c奧氏體-鐵素體轉(zhuǎn)變，且不影響其后在450c和675c 時(shí)奧氏體-貝氏體轉(zhuǎn)變的動(dòng)力學(xué)條件。在大約525675c之間形成的貝氏體，通常稱為“上貝氏體”；在450525c之間形成的稱為“下貝氏體”。兩種組織均由針狀鐵 素體和分散的碳化物組成。當(dāng)轉(zhuǎn)變溫度從 675c降至450c

13、時(shí)，未回 火貝氏體的抗拉強(qiáng)度會(huì)從 585Mp界高至1170MPa因?yàn)檗D(zhuǎn)變溫度由合金元素含量決定，并間接影響屈服和抗拉強(qiáng)度。這些鋼獲得的高強(qiáng)度是以下兩種作用的結(jié)果：1）當(dāng)轉(zhuǎn)變溫度降低時(shí)，貝氏體鐵素體片尺寸不斷細(xì)化。2）在下貝氏體內(nèi)精細(xì)的碳化物不斷分散。 這些鋼的斷口特征在 很大程度上取決于抗拉強(qiáng)度和轉(zhuǎn)變溫度。有兩種作用要注意：第一，一定的抗拉強(qiáng)度級(jí)別，回火下貝氏體 的夏比沖擊性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于未回火的上貝氏體。原因是在上貝氏體中， 球光體內(nèi)的解理小平面切割了若干貝氏體晶粒， 決定斷裂的主要尺寸 是奧氏體晶粒尺寸。在下貝氏體中，針狀鐵素體內(nèi)的解理面未排成一直線， 因此決定 準(zhǔn)解理斷裂面是否斷裂的主要特征

14、是針狀鐵素體晶粒尺寸。 因?yàn)檫@里 的針狀鐵素體晶粒尺寸僅為上貝氏體中的奧氏體晶粒尺寸的 1/2。所 以，在同一強(qiáng)度級(jí)別，下貝氏體轉(zhuǎn)變溫度比上貝氏體低許多。除了上面的原因之外是碳化物分布。在上貝氏體中碳化物位于晶 界沿線，并通過(guò)降低抗拉強(qiáng)度 Rm增加脆性。在回火的下貝氏體中， 碳化物非常均勻地分布的鐵素體中，同時(shí)通過(guò)限制解理裂紋以提高抗拉強(qiáng)度并促進(jìn)球化珠光體細(xì)化第二，要注意的是未回火合金中轉(zhuǎn)變溫度與抗拉強(qiáng)度的變化。在上貝氏體中，轉(zhuǎn)變溫度的降低會(huì)使針狀鐵素體尺寸細(xì)化同時(shí)升高延伸 強(qiáng)度Rp0.2。在下貝氏體中，為獲得830Mp或更高的抗拉強(qiáng)度，也可通過(guò)降 低轉(zhuǎn)變溫度提高強(qiáng)度的方法實(shí)現(xiàn)。 然而，因?yàn)樯?/p>

15、貝氏體的斷口應(yīng)力取 決于奧氏體晶粒尺寸，而此時(shí)的碳化物顆粒尺寸已經(jīng)很大， 因此通過(guò) 回火提高抗拉強(qiáng)度的作用很小。6.馬氏體鋼斷裂碳或其它元素加入鋼中可延遲奧氏體轉(zhuǎn)變成鐵素體和珠光體或 貝氏體，同時(shí)奧氏體化后如果冷卻速度足夠快， 通過(guò)剪切工藝奧氏體 會(huì)變成馬氏體而不需進(jìn)行原子擴(kuò)散。理想的馬氏體斷裂應(yīng)具有以下特征。因?yàn)檗D(zhuǎn)變溫度很低（200c或更低），四面體鐵素體或針狀馬 氏體非常細(xì)。因?yàn)橥ㄟ^(guò)剪切發(fā)生轉(zhuǎn)變，奧氏體中的碳原子來(lái)不及擴(kuò)散出晶 體，使鐵素體中的碳原子飽和從而使馬氏體晶粒拉長(zhǎng)導(dǎo)致晶格膨脹。發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變要超過(guò)一定的溫度范圍，因?yàn)槌跏忌傻鸟R 氏體片給以后的奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體增加阻力。所以，轉(zhuǎn)

16、變后的結(jié)構(gòu)是馬氏體和殘余奧氏體的混合結(jié)構(gòu)。為了保證鋼的性能穩(wěn)定，必須進(jìn)行回火。高碳（0.3%以上）馬氏體，在以下范圍內(nèi)回火約1h,經(jīng)歷以下三個(gè)階段1）溫度達(dá)到約100c時(shí)，馬氏體某些過(guò)飽和碳沉淀并形成非常 細(xì)小的碳化物顆粒，分散于馬氏體中而降低碳含量。2）溫度在100300c之間，任何殘余奧氏體都可能轉(zhuǎn)變成貝 氏體和-碳化物。3）在第3階段回火中，大約200c起取決于碳含量和合金成分。當(dāng)回火溫度升至共析溫度，碳化物沉淀變粗同時(shí) Rp0.2降低。7,中強(qiáng)度鋼（620MPaRp0.21240MPa斷裂高強(qiáng)鋼可通過(guò)以下方法進(jìn)行生產(chǎn)： 淬火和回火；淬火和回火前奧 氏體變形；退火和時(shí)效生產(chǎn)沉淀硬化鋼。止

17、匕外，還可通過(guò)應(yīng)變和再回 火或回火期應(yīng)變，都可進(jìn)一步提高鋼的強(qiáng)度。.不銹鋼斷裂不銹鋼主要由鐵-銘、鐵-銘-銀合金和其它改善力學(xué)性能與抗蝕 能力的元素組成。不銹鋼防蝕是因?yàn)樵诮饘俦砻嫔闪丝煞乐惯M(jìn)一步 氧化的銘氧化物一不可滲透層。因此，不銹鋼在氧化氣氛中能防止腐蝕并使銘氧化物層得到強(qiáng) 化。但在還原氣氛中，銘氧化層受到損害?？刮g性隨著銘、銀含量增 加而增加。銀可全面提升鐵的鈍化性。增加碳是為了改善力學(xué)性能和保證奧氏體不銹鋼性能的穩(wěn)定。一般說(shuō)來(lái)，不銹鋼利用顯微組織進(jìn)行分類。馬氏體不銹鋼。屬于鐵-銘合金，可進(jìn)行奧氏體化和后序熱處 理生成馬氏體。通常含銘12%含碳0.15%。鐵素體不銹鋼。含銘約14%-

18、 18%碳0.12%。因?yàn)殂懯氰F素 體的穩(wěn)定劑，奧氏體相被超過(guò)13%勺銘徹底抑制，因而是完全的鐵素 體相。奧氏體不銹鋼。銀是奧氏體的強(qiáng)穩(wěn)定劑，因此，在室溫、低 于室溫或高溫狀態(tài)下，銀含量為 8%銘含量為18% （300型）能使奧 氏體相非常穩(wěn)定。奧氏體不銹鋼類似于鐵素體型，不能通過(guò)馬氏體轉(zhuǎn)變而硬化鐵素體和馬氏體不銹鋼特征，如晶粒尺寸等與同級(jí)別的其它鐵素 體鋼和馬氏體鋼相似。奧氏體不銹系FCC吉構(gòu)，在冷凍溫度下都不可能解理斷裂。 大型 件冷軋80%B, 310型不銹鋼有極高的屈服強(qiáng)度和缺口敏感性，甚至 在溫度低至-253 C還具有1.0的缺口敏感性比。因此，可用于導(dǎo)彈系 統(tǒng)的液氫貯存箱。相似的301型不銹鋼可用于溫度低至183c的液氧 貯存箱。但在這些溫度以下是不穩(wěn)定的，如發(fā)生任何塑性變形，不穩(wěn) 定的奧氏體都會(huì)變成脆性的非回火馬氏體。 絕大多數(shù)奧氏體鋼用于防 腐環(huán)境，被加熱至