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发表于 2012-7-31 11:40:52
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钛的热处理方法+ R4 k. K$ P- |* j! F/ h3 H2 Y
一.钛的基本热处理:3 a& Y( ~5 s6 Q: l: E
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+ Z0 _. D7 }9 @4 Y( L3 A+ c- I2 i( t
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8 g: A: X5 r7 }
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
, y1 ~1 {7 h/ j7 S8 p, {8 z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，) z/ Y* T( L G* X% ^
以恢复塑性和成型能力。# w/ T# L" H) `, L; F
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$ `0 u5 w9 R I, D
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* b1 d. h) {# ^, l# w. u! C
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
& e1 z6 s" t" {# c ^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 d8 z! C! K# i; Hα-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℃
- L6 P* B4 \+ z8 W* A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# Z" [% c4 K; Q* |2 j+ ~2 Z, z
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
. Z% i* R$ }, J7 c3 Q4 t+ o m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
+ k5 X. e0 H m, @9 j) Z3 m7 {1 F材生产厂家都要求真空气氛下的退火处理。( f" u. i6 O V# P
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）
2 Q) N7 f( X* N8 R- ? t# r& d中的残余应力，应进行消应力热处理。
4 _0 K3 @: b6 p; \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 C: L7 J, k$ ^2 j, `4 X9 j% o( x
化性即可。, t; E% \9 p$ _0 `% G0 ]3 Q V# r
二.钛及钛合金的热处理:
7 [' ]% h: a4 S1 H! z0 q9 s5 c4 S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7 M) ]. ?. ?% e" m# }
产品对材料性能的要求，需要对钛及钛合金进行热处理。9 ]; o5 m% @2 @7 O. a$ J
1．工业纯钛（TA1、TA2、TA3）的热处理
7 a, {5 B4 x; Pα-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，! s6 L' P! O( I4 X7 _4 [
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- F' |, m. W& d2 J. [* U/ ^7 s
两种是在微氧化炉中进行，而后者则应在真空炉中进行。
: D/ K2 F0 H- i5 E# v$ C) }（一）消应力退火
S+ p# f6 n' D0 ^, c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/ r8 ?1 A& s" T M% y# \: t7 V6 i
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 r' k- m" H2 l: S5 }& p
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
6 a6 ~* n2 j9 e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! E9 c, s u" M
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# \" F% o3 J' g g$ R1 Q
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
% V7 i: W1 ?9 }4 k. |! p' V0 N0 ^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0 T; m8 |$ O& V$ r
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。
& F- z! d* B5 Q! @' N5 S（二）再结晶退火（完全退火）: J3 e X$ H$ ]0 |& F: m% ?6 S- |
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
/ H( u/ q: t) M [( f2 r% M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
4 _2 z: ?% P6 ?! Y' O. E7 R y& X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
, `$ D- H% A+ a; ?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
x# t! b, f7 S7 X l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6 X$ U5 k( r" z3 \2 @0 b& `
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8 v3 Q3 b. a+ K& c' d
温时间要短些。
9 t4 N d6 ?; r$ m6 p$ l9 o0 R% Z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' [% b: [5 E- e( E4 m( s4 X5 C
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
. o t. W z* ^5 n' f$ T" o使之细化。为了避免晶粒粗化，可采取下列两种措施：
0 t) c# `& ^, `1）尽可能将退火温度选在700℃以下。
* o. W/ T" u M# t2） 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，
V1 Y2 _8 |6 J' I* J& f; _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 ~6 a- S/ }8 x. a" f5 Q
（三）真空退火9 |- x1 c/ p8 e8 v+ e" k
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
+ E, H2 I% Q$ j* q1 z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-) w, S$ G- c- H( I; p
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; A, X5 P* w. j. v: `
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，
/ h1 [+ [( u' U) J! e9 z3 s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，
# g+ n: ?- {5 J6 | O真空度不能低于5×10-4mmHg。 |
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