钛合金热处理工艺哪个晓得

钛的热处理方法
一.钛的基本热处理:
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
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
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
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，
以恢复塑性和成型能力。
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
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
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
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
α-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℃
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
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
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
材生产厂家都要求真空气氛下的退火处理。
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）
中的残余应力，应进行消应力热处理。
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
化性即可。
二.钛及钛合金的热处理:
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
产品对材料性能的要求，需要对钛及钛合金进行热处理。
1．工业纯钛（TA1、TA2、TA3）的热处理
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，
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
两种是在微氧化炉中进行，而后者则应在真空炉中进行。
（一）消应力退火
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
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
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
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
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
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
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
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。
（二）再结晶退火（完全退火）
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
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
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
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
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
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
温时间要短些。
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
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
使之细化。为了避免晶粒粗化，可采取下列两种措施：
1）尽可能将退火温度选在700℃以下。
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，
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。
（三）真空退火
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
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-
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
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，
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，
真空度不能低于5×10-4mmHg。
二．TC4（Ti-6Al-4V）的热处理
在钛合金中，TC4  是应用比较广泛的一种钛合金，通常它是在退火状态下
使用。对TC4  可进行消除应力退火、再结晶退火和固溶时效处理，退火后的组织
是α  和β  两相共存，但β  相含量较少，约占有10%。TC4  再结晶温度为750℃。
再结晶退火温度一般选在再结晶温度以上80~100℃（但在实际应用中，可视具
体情况而定，如表5-26），再结晶退火后TC4  的组织是等轴α  相+β  相，综合性
能良好。但对TC4  的退火处理只是一种相稳定化处理，为了充分民掘其优良性
能的潜力，则应进行强化处理。TC4  合金的α+β/β  相转变温度为980~990℃，固
溶处理温度一般选在α+β/β  转变温度以下40~100℃（视具体情况而定，如表5-26
所示），因为在β  相区固溶处理所得到的粗大魏氏体组织虽具有持久强度高和断
裂韧性高的优点，但拉伸塑性和疲劳强度均很低，而在α+β  相区固溶处理则无此
缺点。
规  范
类  型
温  度（℃）  时间（min）  冷  却  方  式
消除应力退火  550~650  30~240  空  冷
再结晶退火  750~800  60~120  空冷或随炉冷却至590℃后空冷
真空退火  790~815
固溶处理  850~950  30~60  水  淬
时效处理  480~560  4~8h  空  冷
时效处理是将固溶处理后的TC4  加热到中等温度，保持一定时间，随后空冷。
时效处理的目的是消除固溶处理所产生的对综合性能不利的α’相。固溶处理所产
生的淬火马氏体α’，在时效过程中发生迅速分解（相变相当复杂），使强度升高，
对此有两种看法：
1。认为由于α’分解出α+β，分解产物的弥散强化作用使TC4  强度升高。
2.认为在时效过程中，β  相分解形成ω  相，造成TC4  强化。
随着时效的进行，强度降低，对此现象也有两种不同的观点：
1．β  相的聚集使强度降低（与上述1  对应）。
2．ω  相的分解为一软化过程（与上述2  对应）。
时效温度和时间的选择要以获得最好的综合性能为准。在推荐的固溶及时效
范围内，最好通过时效硬化曲线来确定最佳工艺（如图5-28  所示。此曲线为TC4
经850℃固溶处理后，在不同温度下的时效硬化曲线）。低温时效（480-560℃）
要比大于700℃的高温时效好。因为在高温时的拉伸强度、持久和蠕变强度、断
裂韧性以及缺口拉伸性能等各方面，低温时效都比高温时效的好。
经固溶处理的TC4  综合性能比750-800℃  退火处理后的综合性能要好。
需要指出的是，TC4  合金的加工态原始组织对热处理后的显微组织和力学性
能有较大的影响。对于高于相变温度，经过不同变形而形成的网兰状组织来说，
是不能被热处理所改变，在750~800℃退火后，基本保持原来的组织状态；对于
在相变温度以下进行加工而得到的α  及β  相组织，在750-800℃退火后，则能得
到等轴初生α相及转变的β相。前者的拉伸延性和断面收缩率都较后者低；但耐
高温性能和断裂韧性、抗热盐应力腐蚀都较高。
四．Ti-32Mo-2.5Nb  的热处理
Ti-32Mo-2.5Nb  是稳定β  型单相固溶合金，只需进行消除应力退火处理，
退火温度为750~800℃，保温一小时，冷却方式采用空冷、炉冷均可。
五．热处理中的几个问题
（一）污染问题
钛有极高的化学活性，几乎能与所有的元素作用。在室温下能与空气中的氧
起反应，生成一层极薄的氧化膜，氧化速率很小。但在高的温度下，除了氧化速
率加快并向金属晶格内扩散外，钛还与空气中的氢、氮、碳等起激烈的反应，也
能与气体化合物CO、CO2、H2O、NH4  及许多挥发性有机物反应。热处理金属元
素与工件表面的钛发生反应，使钛表面的化学成分发生变化，其中一些间隙元素
还能透过金属点阵，形成间隙固溶体。况且除氢以外，其他元素与钛的反应是不
可逆的。即使是氢，也不允许在最终热处理后，进行高温去除。间隙元素不仅影
响钛和钛合金的力学性能，而且还影响α+β/β  转变温度和一些相变过程，因此，
对于间隙元素，尤其是气体杂质元素对钛和钛合金的污染问题，在热处理中必须
引起重视。
（二）加热炉的选择
为在加热过程中防止污染，必须对不同要求的工件采取不同的措施。若在最
后经磨削或其他机械加工能将工件表面的污染层去除时，可在任何类型的加热炉
中进行加热，炉内气氛呈中性或微氧化性。为防止吸氢，炉内应绝对避免呈还原
性气氛。当工件的最后加工工序为热处理时，一定要采用真空炉（真空度要求在
1×10-4mmHg）或氩气气氛（氩气纯度在99.99%以上并且干燥）的加热炉中进行
加热。热处理完毕后，必要时用30%的硝酸加3%的氢氟酸其余为水，在50℃温
度下对工件进行酸洗，或轻微磨削，以除去表面污染层。
（四）加热方法
在热处理进行以前，首先要对加热炉炉膛进行清理，炉内不应有其他金属或
氧化皮；对于工件，则要求表面没有油污、水和氧化皮。
用真空炉对钛工件进行加热是防止污染的一种有效方法，但由于目前条件所
限，许多工厂还是采用一般加热炉。在一般加热炉中加热，根据需求的不同采用
不同的措施防止污染，比如：
1．根据工件的大小，可装在封闭的低碳钢容器中，抽真空后进行加热。若无真
空泵可通入惰性气体（氩气或氦气）进行保护，保护气体要多次反复通入、
排出，把空气完全排净。
2．使用涂层也是热处理中保护钛免遭污染的措施之一，在国外已取得一定的经
验。国内一些工厂也在采用高温漆和玻璃涂料作涂层。有人认为，目前对钛
所用的各种保护涂层，只能减少污染的深度，并不能完全免除污染。对每种
热处理，必须考虑允许的污染深度，选择合适有效的涂层，其中也包括热处
理后的剥离。
3．若用火焰加热，在加热过程中切忌火焰直接喷射在钛工件上，煤气火焰是钛
吸氢的主要根源之一。而用燃油加热，如若不慎将会引起钛工件过分氧化或
增碳。
（五）  冷却
钛和钛合金热处理的冷却方式主要是空冷或炉冷，也有采用油冷或风扇冷却
的。淬火介质可用低粘度油或含3%NaOH  的水溶液，但通常使用最广泛的淬火
介质是水。
只要能满足钛和钛合金对冷却速度的要求。一般钢的热处理所采用的冷却装
置对钛都适用。

钛合金的热处理工艺可以归纳为：
　　(1)消除应力退火：目的是为消除或减少加工过程中产生的残余应力。防止在一些腐蚀环境中的化学侵蚀和减少变形。
　　(2)完全退火：目的是为了获得好的韧性，改善加工性能，有利于再加工以及提高尺寸和组织的稳定性。
　　(3)固溶处理和时效：目的是为了提高其强度，α钛合金和稳定的β钛合金不能进行强化热处理，在生产中只进行退火。α+β钛合金和含有少量α相的亚稳β钛合金可以通过固溶处理和时效使合金进一步强化。

合金种类合金牌号名义β转变温度/℃  TA1,ZTA1900TA2910TA3930
α+β型  TC4  ZTC4  995  合金种类合金牌号加热温度/℃保温时间/min  TA1,  TA2  TA3445-595
15-360ZTA1600-75060-240TC4  480-65060-360ZTC4600-800  60-240
合金牌号加热温度/℃保温时间/min
冷却方式合金牌号加热温度/℃  TA1  630-81515-120  TA1  TA2  TA3520-57015-120  TA2  TA3α+β型  TC4  700-87015-120  空冷或更慢冷TC4  700-850  加热温度/℃保温时间/min出炉温度(不高于)/℃温度/℃  出炉温度(不高于)/℃  TA1,  TA2  TA3  700-75060200650-680100-150TC4  800  60200700-750  150  合金种类板材\带材\箔材\管材工业纯钛45-60保温时间/min  棒材\线材\锻件\工业纯钛630-815空冷或更慢冷  工业纯钛45-60  钛及钛合金的β转变温度(Tβ)  α+β型  钛及钛合金完全退火工艺  钛及钛合金的去应力退火工艺钛合金固溶处理工艺  合金牌号钛及钛合金管材真空退火工艺  坯料退火和中间退火  成品退火
加热温度/℃保温时间/min  加热温度/℃α+β
型  TC4  890-970  2-90  890-970  空冷或水淬  合金类型合金牌号时效温度/℃保温时间/h  α+β型  TC4  480-690  2-8
希望对你有所帮助