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鈦的熱處理方法7 T2 E/ k% G8 o! J) x3 A4 X; i
一.鈦的基本熱處理:- W* T* A9 Z4 `6 V$ |+ K
工業純鈦是單相α 型組織，雖然在890℃以上有α-β 的多型體轉變，但由于
( T6 O: y; \6 _) Y相變特點決定了它的強化效應比較弱，所以不能用調質等熱處理提高工業純鈦的
# o5 n. f; J/ x機械強度。工業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
! Y7 [+ S5 L) E/ q9 V d6 A晶退火 2 消應力退火 3 真空退火。前兩種的目的都是消除應力和加工硬化效應，* g+ k* n& M7 S0 e) p
以恢復塑性和成型能力。
2 |9 Z1 R" a+ Y+ H工業純鈦在材料生產過程中加工硬度效應很大。圖2-26 所示為經不同冷加
, F* y6 L- a t. k, x( E* q% z工后，TA2 屈服強度的升高，因此在鈦材生產過程中，經冷、熱加工后，為了恢# n& T4 D6 S/ k' H m
復塑性，得到穩定的細晶粒組織和均勻的機械性能，應進行再結晶退火。工業純0 Q! W: K7 U) Z+ o, @/ Z
鈦的再結晶溫度為550-650℃，因此再結晶退火溫度應高于再結晶溫度，但低于4 V, y8 `2 r1 n# \
α-β 相的轉變溫度。在650-700℃退火可獲得最高的綜合機械性能（因高于700℃
& l1 u4 i* H q0 j* _的退火將引起晶粒粗大，導致機械性能下降）。退火材料的冷加工硬化一般經
: w6 ^: p# z6 A. ?2 P4 b! _& v10-20 分鐘退火就能消除。這種熱處理一般在鈦材生產單位進行。為了減少高溫' W+ Y9 g3 m1 `+ T
熱處理的氣體污染并進一步脫除鈦材在熱加工過程中所吸收的氫氣，目前一般鈦, I) A$ f4 |- H0 F7 Y( h1 K2 [
材生產廠家都要求真空氣氛下的退火處理。
6 e) O/ h! J* h為了消除鈦材在加工過程（如焊接、爆炸復合、制造過程中的輕度冷變形）) }. |1 G! u+ T7 z6 ]' b
中的殘余應力，應進行消應力熱處理。
) B \4 I4 m8 h9 A2 V0 p* C2 H* e( D消應力退火一般不需要在真空或氬氣氣氛中進行，只要保持爐內氣氛為微氧
! q+ s8 k! Q; B5 D! V3 u1 i4 T化性即可。% A; q' r1 d9 T: M! D
二.鈦及鈦合金的熱處理:
' d) X; w+ u: v! E2 y! S為了便于進行機械工業加并得到具有一定性能的鈦和鈦合金，以滿足各種% {" b# Y- e8 [4 J" G, L, H
產品對材料性能的要求，需要對鈦及鈦合金進行熱處理。
# \; m, _! u8 A/ L# r! |1．工業純鈦（TA1、TA2、TA3）的熱處理; O1 F/ y" a, n$ k
α-鈦合金從高溫冷卻到室溫時，金相組織幾乎全是α 相，不能起強化作用，: `. P7 w( u8 R6 ^5 O2 B7 C
因此，目前對α-鈦只需要進行消應力退火、再結晶退火和真空退火處理。前
! w# [" Z0 Y; T0 n2 F; a5 u; N兩種是在微氧化爐中進行，而后者則應在真空爐中進行。
$ u( O k b6 {* A（一）消應力退火6 v5 I4 p. r$ f: S" M) }5 V
為了消除鈦和鈦合金在熔鑄、冷加工、機械加工及焊接等工藝過程中所產生
6 q5 q3 R1 k" ]! b, }; K的內應力，以便于以后加工，并避免在使用過程中由于內應力存在而引起開裂破
. ^) O: x7 Z: J6 }壞，對α-鈦應進行消除應力退火處理。消除應力退火溫度不能過高、過低，因為4 |) l. D1 t' T8 j% T- s
過高引起晶粒粗化，產生不必要的相變而影響機械性能，過低又會使應力得不到
/ o) P& D# Y7 a9 w H5 j消除，所以，一般是選在再結晶溫度以下。對于工業純鈦來說，消除應力退火的
# G, a; C: R. `$ m: G加熱溫度為500-600℃。加熱時間應根據工件的厚度及保溫時間來確定。為了提
9 ~9 k' \3 O2 c8 {9 _( @高經濟效果并防止不必要的氧化，應選擇能消除大部分內應力的最短時間。工業3 n' X4 W2 O0 g' i* |
純鈦消除應力退火的保溫時間為15-60 分鐘，冷卻方式一般采用空冷。7 Q* ?5 n" S- k$ X# S% y1 }
（二）再結晶退火（完全退火）! A* V& ?) \% O2 z4 s2 w
α-鈦大部分在退火狀態下使用，退火可降低強度、提高塑性，得到較好的綜
1 f- q( c% c5 I+ `( @3 o合性能。為了盡可能減少在熱處理過程中氣體對鈦材表面污染，熱處理溫度盡可
: O, e/ q$ {. s' h' X1 ?0 l能選得低些。工業純鈦的退火溫度高于再結晶溫度，但低于α 向β 相轉變的溫度1 K* C- u! L! w+ u& b2 L' T; @: S
120-200℃，這時所得到的是細晶粒組織。加熱時間視工件厚度而定，冷卻方式
# d+ k- H/ @) h N, E一般采用空冷。對于工業純鈦來說，再結晶退火的加熱溫度為680-700℃，保溫6 p4 P9 `8 k7 {
時間為30-120 分鐘。規范的選取要根據實際情況來定，通常加熱溫度高時，保* C0 D* }. u. Z! H
溫時間要短些。
& E, x8 {) T( E6 ]5 T* E# P. J6 ^需要指出的是，退火溫度高于700℃時，而且保溫時間長時，將引起晶粒粗- [: S* a7 G9 r
化，導致機械性能下降，同時，晶粒一旦粗化，用現有的任何熱處理方法都難以7 A. \4 R, ^- j" F3 r
使之細化。為了避免晶粒粗化，可采取下列兩種措施：
2 d- L3 ?! M, J1 g1）盡可能將退火溫度選在700℃以下。
4 b. Z" N# g7 e' c, K$ A7 r2） 退火溫度如果在700℃以上時，保溫時間盡可能短些，但在一般情況下，$ y( M& X1 F; T6 `. y$ {& o. w; G
每mm 厚度不得少于3 分鐘，對于所有工件來講，不能小于15 分鐘。
2 X( o9 a. K$ ^: y（三）真空退火
" H4 t" Q T/ C& d0 e- d5 b$ v鈦中的氫雖無強化作用，但危害性很大，能引起氫脆。氫在α-鈦中的溶解
? d0 n4 K' F/ `! }度很小，主要呈TiH2 化合物狀態存在，而TiH2 只在300℃以下才穩定。如將α-# e) T. e4 |5 O- T3 W0 j
鈦在真空中進行加熱，就能將氫降低至0.1%以下。當鈦中含氫量過多時需要除
8 {& [. @* t4 v. U氫，為了除氫或防止氧化，必須進行真空退火。真空退火的加熱溫度與保溫時間，' t/ M! d/ K$ }, S2 O, F
與再結晶退火基本相同。冷卻方式為在爐中緩冷卻到適當的溫度，然后才能開爐，4 i! u' ?* G) U4 n4 n/ T- p
真空度不能低于5×10-4mmHg。 |
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發表于 2012-7-27 10:27:10
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