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發(fā)表于 2012-7-31 11:40:52
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鈦的熱處理方法
: B! T0 t" U- H1 k4 _2 P# G一.鈦的基本熱處理:: v, m1 \8 U2 {8 l- r( \
工業(yè)純鈦是單相α 型組織，雖然在890℃以上有α-β 的多型體轉(zhuǎn)變，但由于
# ^6 l/ c T8 U$ b7 V5 |" ^. y相變特點(diǎn)決定了它的強(qiáng)化效應(yīng)比較弱，所以不能用調(diào)質(zhì)等熱處理提高工業(yè)純鈦的
8 ~( j- f' v3 l; c機(jī)械強(qiáng)度。工業(yè)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(jié)
: }2 @0 v& P$ Z5 a! D8 r M- @晶退火 2 消應(yīng)力退火 3 真空退火。前兩種的目的都是消除應(yīng)力和加工硬化效應(yīng)，. p* s. q. k' t( m k# q0 c' g( x6 z
以恢復(fù)塑性和成型能力。2 M4 l; x( }, m& A6 z
工業(yè)純鈦在材料生產(chǎn)過程中加工硬度效應(yīng)很大。圖2-26 所示為經(jīng)不同冷加 a( V# Z3 e7 ~# k
工后，TA2 屈服強(qiáng)度的升高，因此在鈦材生產(chǎn)過程中，經(jīng)冷、熱加工后，為了恢: e" j) `% m9 I- h
復(fù)塑性，得到穩(wěn)定的細(xì)晶粒組織和均勻的機(jī)械性能，應(yīng)進(jìn)行再結(jié)晶退火。工業(yè)純
: G. Y, ?/ Y0 ~9 [$ K9 G鈦的再結(jié)晶溫度為550-650℃，因此再結(jié)晶退火溫度應(yīng)高于再結(jié)晶溫度，但低于0 R9 q+ }$ }. Q5 r! X' N$ y
α-β 相的轉(zhuǎn)變溫度。在650-700℃退火可獲得最高的綜合機(jī)械性能（因高于700℃7 ]' v+ h9 O) p0 L
的退火將引起晶粒粗大，導(dǎo)致機(jī)械性能下降）。退火材料的冷加工硬化一般經(jīng)
) C% [3 v' ^' |. k7 R/ \10-20 分鐘退火就能消除。這種熱處理一般在鈦材生產(chǎn)單位進(jìn)行。為了減少高溫* U! q4 z- v( W: G! g5 e' [
熱處理的氣體污染并進(jìn)一步脫除鈦材在熱加工過程中所吸收的氫氣，目前一般鈦
% K9 D. \( ~" j, {5 L材生產(chǎn)廠家都要求真空氣氛下的退火處理。8 E, O: t8 Y3 E9 Q% v1 T) _
為了消除鈦材在加工過程（如焊接、爆炸復(fù)合、制造過程中的輕度冷變形）4 h" @2 P+ Q, N: l( [3 \
中的殘余應(yīng)力，應(yīng)進(jìn)行消應(yīng)力熱處理。3 m) W! v+ x- q% o
消應(yīng)力退火一般不需要在真空或氬氣氣氛中進(jìn)行，只要保持爐內(nèi)氣氛為微氧5 F& A( L# o2 W6 @ o1 ]; o1 D
化性即可。7 F5 a9 T2 G) a
二.鈦及鈦合金的熱處理:5 t3 _: _) T1 R
為了便于進(jìn)行機(jī)械工業(yè)加并得到具有一定性能的鈦和鈦合金，以滿足各種
( h- B) h( [. j) N" A0 l& ^產(chǎn)品對(duì)材料性能的要求，需要對(duì)鈦及鈦合金進(jìn)行熱處理。
* W2 h4 U0 a% }9 S$ o. h2 c1．工業(yè)純鈦（TA1、TA2、TA3）的熱處理8 Q2 P# {% D+ q4 D, l
α-鈦合金從高溫冷卻到室溫時(shí)，金相組織幾乎全是α 相，不能起強(qiáng)化作用，% X# _' |) H1 b8 P- k
因此，目前對(duì)α-鈦只需要進(jìn)行消應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火和真空退火處理。前2 @- Q+ [5 [. s/ Q
兩種是在微氧化爐中進(jìn)行，而后者則應(yīng)在真空爐中進(jìn)行。
1 x) x' t2 [% ]) m- x) |2 t* n6 @（一）消應(yīng)力退火# B: e$ v0 ^9 m6 S3 R H! {0 ]+ B- }7 J0 o
為了消除鈦和鈦合金在熔鑄、冷加工、機(jī)械加工及焊接等工藝過程中所產(chǎn)生
( H" c. D H- o- t+ |& }' \的內(nèi)應(yīng)力，以便于以后加工，并避免在使用過程中由于內(nèi)應(yīng)力存在而引起開裂破
# N; C% x' ~4 J2 u/ Z$ J壞，對(duì)α-鈦應(yīng)進(jìn)行消除應(yīng)力退火處理。消除應(yīng)力退火溫度不能過高、過低，因?yàn)?br />
t2 Y k' Z! J# c過高引起晶粒粗化，產(chǎn)生不必要的相變而影響機(jī)械性能，過低又會(huì)使應(yīng)力得不到+ Z" I& G1 C4 l0 ]. |
消除，所以，一般是選在再結(jié)晶溫度以下。對(duì)于工業(yè)純鈦來說，消除應(yīng)力退火的
, g" \2 j* ?5 \; o2 r0 d% f* \加熱溫度為500-600℃。加熱時(shí)間應(yīng)根據(jù)工件的厚度及保溫時(shí)間來確定。為了提
. h- Q$ j/ z$ b高經(jīng)濟(jì)效果并防止不必要的氧化，應(yīng)選擇能消除大部分內(nèi)應(yīng)力的最短時(shí)間。工業(yè)1 ^: Q+ n. [% \5 V; J9 k2 ]( H
純鈦消除應(yīng)力退火的保溫時(shí)間為15-60 分鐘，冷卻方式一般采用空冷。
* n8 C7 [; Q( L, G（二）再結(jié)晶退火（完全退火）
2 p0 t7 _9 X4 C, @α-鈦大部分在退火狀態(tài)下使用，退火可降低強(qiáng)度、提高塑性，得到較好的綜
2 q3 C+ ]+ H6 D) A ~" A) Y合性能。為了盡可能減少在熱處理過程中氣體對(duì)鈦材表面污染，熱處理溫度盡可: A' ?* C! ^! K6 X1 m! ?; m8 X
能選得低些。工業(yè)純鈦的退火溫度高于再結(jié)晶溫度，但低于α 向β 相轉(zhuǎn)變的溫度0 z- [8 F/ r" Q+ V1 G' Z6 A' B
120-200℃，這時(shí)所得到的是細(xì)晶粒組織。加熱時(shí)間視工件厚度而定，冷卻方式
. E1 J4 A! _/ O% \一般采用空冷。對(duì)于工業(yè)純鈦來說，再結(jié)晶退火的加熱溫度為680-700℃，保溫$ \# M5 n' \* S# Z0 T, J E/ q( S
時(shí)間為30-120 分鐘。規(guī)范的選取要根據(jù)實(shí)際情況來定，通常加熱溫度高時(shí)，保) P, h5 {" H' s: W
溫時(shí)間要短些。
0 h" l, W/ { S4 i# | `需要指出的是，退火溫度高于700℃時(shí)，而且保溫時(shí)間長時(shí)，將引起晶粒粗
( y9 g/ u1 S- d& X" B7 B9 p化，導(dǎo)致機(jī)械性能下降，同時(shí)，晶粒一旦粗化，用現(xiàn)有的任何熱處理方法都難以' Y1 X6 Z3 z1 Y2 A7 A
使之細(xì)化。為了避免晶粒粗化，可采取下列兩種措施：
# ]/ t; T, W+ J3 z1）盡可能將退火溫度選在700℃以下。4 c1 d0 c/ y- U! ?4 x0 |) @% B
2） 退火溫度如果在700℃以上時(shí)，保溫時(shí)間盡可能短些，但在一般情況下，
5 D9 L0 [7 m- p6 [" ~4 P b: }每mm 厚度不得少于3 分鐘，對(duì)于所有工件來講，不能小于15 分鐘。
Q* R3 H( m! d" P4 ~（三）真空退火
0 X9 ]+ v! ?6 U6 ?: V6 E鈦中的氫雖無強(qiáng)化作用，但危害性很大，能引起氫脆。氫在α-鈦中的溶解' e) K, E, `8 E# ^" H- V! s
度很小，主要呈TiH2 化合物狀態(tài)存在，而TiH2 只在300℃以下才穩(wěn)定。如將α-
. G, x( d' n! D; o' M; K4 I; l鈦在真空中進(jìn)行加熱，就能將氫降低至0.1%以下。當(dāng)鈦中含氫量過多時(shí)需要除
. U0 `3 Y, n* C( q5 K z氫，為了除氫或防止氧化，必須進(jìn)行真空退火。真空退火的加熱溫度與保溫時(shí)間，
: h d0 b9 ]; C與再結(jié)晶退火基本相同。冷卻方式為在爐中緩冷卻到適當(dāng)?shù)臏囟龋缓蟛拍荛_爐，$ f! d2 B' Z$ R% E) I3 @0 r
真空度不能低于5×10-4mmHg。 |
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