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发表于 2012-7-31 11:40:52
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钛的热处理方法, u; ]3 M; ~# K! ^
一.钛的基本热处理:
6 A" } H. V1 L) p1 f工业纯钛是单相α 型组织，虽然在890℃以上有α-β 的多型体转变，但由于, E6 N5 p7 Y- ]# O& S
相变特点决定了它的强化效应比较弱，所以不能用调质等热处理提高工业纯钛的
9 k& o- _: \, @1 R- F机械强度。工业纯钛唯一的热处理就是退火。它的主要退火方法有三种：1 再结
6 w# K4 r1 I3 n, |4 {( F% ~ p+ T晶退火 2 消应力退火 3 真空退火。前两种的目的都是消除应力和加工硬化效应，
! X* s% x7 e" [# Y8 Y9 p. P! j以恢复塑性和成型能力。" n% J+ [) [! P4 @5 H# C6 L. y
工业纯钛在材料生产过程中加工硬度效应很大。图2-26 所示为经不同冷加3 l$ p, z& m2 y' Q+ S0 }/ P
工后，TA2 屈服强度的升高，因此在钛材生产过程中，经冷、热加工后，为了恢) u! i* Z# i1 L- [- |7 x; H
复塑性，得到稳定的细晶粒组织和均匀的机械性能，应进行再结晶退火。工业纯
/ w5 r) L3 G6 r5 U8 G9 [钛的再结晶温度为550-650℃，因此再结晶退火温度应高于再结晶温度，但低于
$ z" Y! v r8 {; Q2 m, Qα-β 相的转变温度。在650-700℃退火可获得最高的综合机械性能（因高于700℃) e4 M& \ F8 v; X" U# n6 q
的退火将引起晶粒粗大，导致机械性能下降）。退火材料的冷加工硬化一般经# f2 R/ j3 b# k2 l2 T' N* F
10-20 分钟退火就能消除。这种热处理一般在钛材生产单位进行。为了减少高温9 i" p1 V5 W7 k- X! a+ g
热处理的气体污染并进一步脱除钛材在热加工过程中所吸收的氢气，目前一般钛2 L: i4 {8 ^% V: R+ A3 M
材生产厂家都要求真空气氛下的退火处理。2 d' g% p6 f0 |+ C5 a9 _: \
为了消除钛材在加工过程（如焊接、爆炸复合、制造过程中的轻度冷变形）
" ?. Y; R: H0 N中的残余应力，应进行消应力热处理。/ k2 f, i& Y( x; E# x* u
消应力退火一般不需要在真空或氩气气氛中进行，只要保持炉内气氛为微氧
+ V n2 k( z. C: {0 J4 W1 G: y化性即可。5 d: w) a0 l% Z( w! q0 n$ q9 N1 r
二.钛及钛合金的热处理:5 x: x5 b. Z2 e6 D8 }: [
为了便于进行机械工业加并得到具有一定性能的钛和钛合金，以满足各种
/ t( U5 u4 _# ]) H+ J) h/ n产品对材料性能的要求，需要对钛及钛合金进行热处理。4 Q7 x: r/ s) m e! x
1．工业纯钛（TA1、TA2、TA3）的热处理6 u7 X2 ?; w! R/ V
α-钛合金从高温冷却到室温时，金相组织几乎全是α 相，不能起强化作用，
. ]$ a0 l+ a# m" v因此，目前对α-钛只需要进行消应力退火、再结晶退火和真空退火处理。前* I6 O) d9 D6 J" K0 m
两种是在微氧化炉中进行，而后者则应在真空炉中进行。: n/ Y! u9 _4 G0 ]3 i# d
（一）消应力退火
5 Z1 R0 T; d' |3 w7 A c8 k6 z& s为了消除钛和钛合金在熔铸、冷加工、机械加工及焊接等工艺过程中所产生# I3 }) U: _) f* v5 N
的内应力，以便于以后加工，并避免在使用过程中由于内应力存在而引起开裂破2 [: h; e; m5 c
坏，对α-钛应进行消除应力退火处理。消除应力退火温度不能过高、过低，因为
2 A' S- f/ w) g3 C; J/ i% Q1 X过高引起晶粒粗化，产生不必要的相变而影响机械性能，过低又会使应力得不到# s' G- n5 j5 q# s; Y4 s$ ]! l6 ?9 _
消除，所以，一般是选在再结晶温度以下。对于工业纯钛来说，消除应力退火的1 }$ a/ [4 x2 Q+ p$ z% i! s' V
加热温度为500-600℃。加热时间应根据工件的厚度及保温时间来确定。为了提
6 ^0 x5 Q3 }3 e9 }0 k高经济效果并防止不必要的氧化，应选择能消除大部分内应力的最短时间。工业9 J; }+ ?( R/ M' |6 v
纯钛消除应力退火的保温时间为15-60 分钟，冷却方式一般采用空冷。0 \+ q# e/ x$ F V2 w2 w
（二）再结晶退火（完全退火）
( o& s" y5 Y: K: a6 {& ?: p' Dα-钛大部分在退火状态下使用，退火可降低强度、提高塑性，得到较好的综( B/ q5 t* W0 @7 x. O: e/ K0 v+ L
合性能。为了尽可能减少在热处理过程中气体对钛材表面污染，热处理温度尽可
. q6 W$ R5 a+ u能选得低些。工业纯钛的退火温度高于再结晶温度，但低于α 向β 相转变的温度: F; L! ~+ T8 w: \4 K; H
120-200℃，这时所得到的是细晶粒组织。加热时间视工件厚度而定，冷却方式
( T* x7 i: d( J0 P2 V: i, R; g一般采用空冷。对于工业纯钛来说，再结晶退火的加热温度为680-700℃，保温1 S% D8 z" C4 @/ G
时间为30-120 分钟。规范的选取要根据实际情况来定，通常加热温度高时，保! H8 q0 i$ J# o$ S* ~, u
温时间要短些。
% X# T! T& ]: X/ [需要指出的是，退火温度高于700℃时，而且保温时间长时，将引起晶粒粗) z% J! ?' l- P3 b7 }
化，导致机械性能下降，同时，晶粒一旦粗化，用现有的任何热处理方法都难以
& R3 M1 e+ t# v9 L使之细化。为了避免晶粒粗化，可采取下列两种措施：
w8 `7 J2 e: H/ P7 [1）尽可能将退火温度选在700℃以下。7 Q& s6 L9 V2 V4 ?7 {3 ^! K- | S* T! R" F
2） 退火温度如果在700℃以上时，保温时间尽可能短些，但在一般情况下，
4 K* Y- J5 U8 k- V" j+ [( M每mm 厚度不得少于3 分钟，对于所有工件来讲，不能小于15 分钟。$ Q' \. t9 z$ q
（三）真空退火) K# `+ k* x- b# U' T/ y& W2 T- c
钛中的氢虽无强化作用，但危害性很大，能引起氢脆。氢在α-钛中的溶解
9 g r6 u% F0 \6 }# K度很小，主要呈TiH2 化合物状态存在，而TiH2 只在300℃以下才稳定。如将α-7 T1 J4 W8 v9 K( r9 P! L7 ^
钛在真空中进行加热，就能将氢降低至0.1%以下。当钛中含氢量过多时需要除
' q O( j8 m$ L( |) B, Y6 O/ b氢，为了除氢或防止氧化，必须进行真空退火。真空退火的加热温度与保温时间，3 ^/ |2 n1 z z6 Z. a
与再结晶退火基本相同。冷却方式为在炉中缓冷却到适当的温度，然后才能开炉，" J- {# I/ \8 }+ t' u8 B8 i
真空度不能低于5×10-4mmHg。 |
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