钛及钛合金的热处理及耐蚀性表面处理

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1、钛及钛合金的热处理及耐蚀性表面处理1有关热处理的标准与热处理炉钛及钛合金的热处理条件虽然在JIS或ASTM中都没有标准化，但在美国军用标准（MIL—H81200）中有详细的规定，下表列出了根据该标准整理的纯钛和钛合金的热处理温度、时间以及冷却方式：类型合金消除应力退火（℃×h）退火（℃×h）固溶处理（℃×h）时效（℃×h）α合金纯钛538～593×1/3～2/3524～538×1/2～1471～495×2～4416～440×7～8538～816×0.03～2空冷或缓冷——Ti-5Al-2.5Sn（包括ELI*材料）532～649×1/4～6704～9

2、13×0.03～4空冷或缓冷——α-β合金Ti-3Al-2.5V371～649×1/2～3704～760×1～3空冷——Ti-6Al-2Nb-1Ta-1Mo538～649×1/4～1704～927×0.03～4空冷——Ti-8Al-1Mo-1V580～788×1/6～1.25704～927×0.03～8空冷899～1025×0.16～1.5水冷538～621×8～24空冷Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo—704～843×1～3空冷899～982×0.16～2水冷566～621×4～8空冷Ti-6Al-4V（包括ELI*材料）482～649×1/2

3、～50690～871×0.03～8空冷899～968×0.16～1水冷482～690×2～6空冷Ti-6Al-6V-2Sn538～593×1/2～3704～816×1～3空冷843～899×0.16～1水冷469～606×2～8空冷Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo——815～913×≥1或更快593×4～8空冷Ti-13V-11Cr-3Al482～538×1/2～3760～816×0.03～1760～816×0.16～1440～525×2～60*ELI表示氧、氮等间隙元素特别低的材料在MIL标准中还规定了热处理炉的炉膛温度分布均匀性，要求退火或固

4、溶处理时不超过±14℃，时效处理时不超过±8.3℃，针对这些要求希望采用具有（1）可控硅控制的电源；（2）升温、保温、冷却的程序控制机构；（3）用风扇搅拌炉内空气等功能的电炉。在使用燃烧炉的时候，必须注意（1）为了防止吸氢，保持微氧化性气氛；（2）被处理材料装入马弗缸内，不要直接接触火焰。2退火一般地说，金属的退火是使其内部应变消除、加工组织产生恢复与再结晶的热处理。钛及钛合金的热处理是为了组织稳定化、稳定制品尺寸、提高可切削性以及改善力学性能而实施的。α合金的退火是在α相区加热，使平衡状态的α相充分地恢复与再结晶，然后再冷却到室温。冷却速度引起的组

5、织变化很小，快冷或缓冷均可。α—β合金的退火是在两项区进行。β合金则是在高于β相变点的温度下退火处理。Ti-6Al-4V是采取在两相区加热后空冷进行退火的，以便在常温下得到稳定的β相和α相混合组织。MIL标准规定的退火工艺为690～871℃下加热并保温，然后空冷。β合金的退火与固溶处理相同。3固溶处理所谓固溶处理，就是使所有合金元素溶入基体相中形成均匀的固溶体后快冷到室温，将高温下的组织状态保持下来，获得过饱和固溶体的热处理操作。由于过饱和固溶体是不稳定的，若在某一温度下重新加热，溶入的元素或者以化合物形态析出或者形成平衡的稳定相，从而达到稳定的状态

6、。α—β合金的固溶处理是在β相变点以下的两相区加热，类似于铁素体＋奥氏体两相不锈钢的固溶处理。加热到固溶温度后溶入该温度下处于平衡状态的α和β相中的合金元素是不同的，各自的成分也完全不同于合金的平均组成。α—β合金的固溶处理温度通常选在相变点以下约40℃，其理由是该条件下残留的若干初生α相有益于延性的改善。MIL—H81200中规定的Ti-6Al-4V的固溶处理条件为900～970℃温度范围内加热并冷却。含β稳定元素比Ti-6Al-4V多的Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo的β相变点在955℃左右，其固溶处理采用871℃左右加热然后水冷。为了同时提

7、高该合金的强度和韧性，也有施行二次固溶处理的（一次固溶温度为927℃，二次固溶温度为843℃）。β合金的固溶处理是在与退火相同的温度下进行。这类合金的固溶处理温度在β相变点以上，必须注意防止β晶粒粗大化的问题。4时效处理合金的时效是使保留到常温的过饱和固溶体在温度和时间的共同作用下将过饱和的元素排出来而向平衡状态转移的过程。在α—β与β合金固溶后的时效过程中，从亚稳定（非平衡）的β相内析出细小的α相，达到强化的目的。时效析出相除了α与ω相以外还有化合物，如α合金中的Ti3Al、β合金中的TiCr2等金属间化合物。要注意时效处理中ω相的生成。ω相是亚稳

8、定β相在400℃左右加热向α相转变时形成的亚稳定过渡相，ω相引起材料硬而脆。5热处理气氛及其反应钛是化学活性