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发表于 2012-7-31 11:40:52
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钛的热处理方法0 _5 ^+ B9 i" z& E
一.钛的基本热处理: u7 ~. C+ k0 y% I0 B$ t) o6 `8 S
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
+ g, P4 K& f! G7 i# ~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 Q* ^3 w8 ^. ?1 X/ i. i; R+ m! q
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
9 a/ Q( H( e9 f8 R, H% a: b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，
4 T9 b5 i& B* a8 |1 N1 F以恢复塑性和成型能力。7 }; @ `/ x# X9 c 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
- }8 d4 f) ~) _1 v* V! O' v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
9 I8 \9 e3 \ y0 p6 p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
. v6 l& h5 o+ U$ l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
0 u' I7 [* V5 o& ^3 Gα-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℃: v+ e, b% \, t3 k
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
7 J! Q; G5 _- E( ^0 N! I" K10-20 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5 Y+ T9 H1 u. T5 ^7 C
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
4 {$ V7 h- _: h/ j; Y, ~材生产厂家都要求真空气氛下的退火处理。# L4 z7 @/ |0 m" b7 d8 c, Z5 n
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）
: V6 W% C3 c: T$ q中的残余应力，应进行消应力热处理。
. k3 q$ \0 v3 b' R3 o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
# P' \$ q0 H) r6 } [, }) S化性即可。: }% Y# ~- ?% `: u. d6 Z% _
二.钛及钛合金的热处理:
! B# H; P( L. l9 y+ w+ }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. r+ `! m+ l! p- s$ P( R
产品对材料性能的要求，需要对钛及钛合金进行热处理。
: C8 m' T- m' {1 Z% G" _1．工业纯钛（TA1、TA2、TA3）的热处理9 p5 y- q5 D4 p" \% J- R
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，* ?; d- J* B' [: ]
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* {6 u0 D- }& z0 S- ]& | N# x
两种是在微氧化炉中进行，而后者则应在真空炉中进行。! H7 Q& U0 B& ?! X
（一）消应力退火
# S t0 u* X c5 A" o* }# C. J3 Z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) n2 J4 ~$ S' r4 n. T3 L
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
$ `6 u3 O( w5 ^6 C) O7 E& T A7 r1 g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: w1 j1 D' _; }& ^5 S6 D
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; Q4 [* E6 ]" U8 V" ~1 l
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 ~/ E8 ]9 |. m
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8 i' g4 P" P4 l9 ?& Q7 d$ h
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. O9 w/ H: V- S7 `
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。 Z' a- X: T$ \3 X* D" u
（二）再结晶退火（完全退火）) D' { I. `% R" B! j' ^9 c% m* a4 L
α-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1 m# p8 G2 Z) m2 U( ]' f
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# Q- |/ b8 [( P1 e, g- T4 }
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
( O! j* ?1 C6 V5 R3 P120-200℃，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9 `2 ]! H' }" G6 x m N; B; n3 _+ O8 O
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
* b1 C+ U# {* g" f& _. h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
& g. x, |: W1 J, I& D; ?& c& R1 J温时间要短些。; u1 {$ t% g' H/ g, T
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( w3 s, N) W T
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3 E# |, ^ b$ v& h. C9 B
使之细化。为了避免晶粒粗化，可采取下列两种措施：4 [+ M! b% a1 ?- B- D! q. _
1）尽可能将退火温度选在700℃以下。: e6 e8 N7 U* U
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，6 n3 d( D! N6 S& ~
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。
4 a0 l; x' \6 s/ q) g$ R（三）真空退火
" N. z, A& z. V$ M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
( I6 A' F- B! h* x% C- W& ~/ e3 u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-9 c) t* w: q: |: o5 i+ `4 Z7 S
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
" ^3 {( z' y- P7 h6 S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，5 k& @0 {7 }' T8 W0 R* ]- ?5 k
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，, h2 i f0 L( M3 A1 K5 ?) f7 B
真空度不能低于5×10-4mmHg。 |
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