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鈦的熱處理方法
" j, \; t# d" i5 Y3 B! w一.鈦的基本熱處理:
- x+ [4 R, A! l. j* n* `# s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! b4 a1 b- x) T3 W
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
8 R& a; G& n: g) ~! F' H9 s7 s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
& k. ]8 D8 `8 ^& `, z" |' u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，& F6 c2 ^' I- N6 z- c
以恢復塑性和成型能力。
& Y/ z6 p6 J8 v) C( z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6 v6 m3 y) k' M. c
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 C, l' ~* x+ b: _4 Z/ I$ K1 L4 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( |: h U$ r+ A, v
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
; Y& O" q1 f$ g: S, ]1 g, Hα-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℃
$ L: E, o# s, l! ~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
, d% R5 C$ k4 p& @10-20 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
/ M8 Y, H. P' r% ?- C3 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1 Z/ k, k8 n' C# H
材生產廠家都要求真空氣氛下的退火處理。
5 K- p5 }& D" w( B8 {' a( k" S6 e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）; s6 x N8 Z, H- B0 d1 l P
中的殘余應力，應進行消應力熱處理。
. U: F4 x5 z5 }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$ R, P5 s, w* y) O% ?
化性即可。
2 _( [1 B' W: v r- f6 B* u7 H# C. L二.鈦及鈦合金的熱處理:
* V5 n4 S' d& Q2 O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
4 g$ A" E0 c4 z產品對材料性能的要求，需要對鈦及鈦合金進行熱處理。; \$ f! Z& L- ~ O& L' g
1．工業純鈦（TA1、TA2、TA3）的熱處理& |8 @; l, U' S L. {
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，7 E( x9 j7 G8 M
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
3 T: H, w% U7 v. L- h6 ^兩種是在微氧化爐中進行，而后者則應在真空爐中進行。# F' [& T! w1 N1 t' T- J% x- l; O/ H
（一）消應力退火! V# _6 P) \2 l, Z" d# m
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 U: k6 x; [2 Y" u4 k5 q( |, [
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1 X! W$ K3 A; x- c
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
3 ~: x& ^3 j% d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
! N3 O: q. w4 q9 s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
+ \/ `7 ]" d" B0 T1 Z+ N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
, H2 z7 h! `. b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
- d( p" g( x, j: _+ N. x4 X% M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。2 i# h K; t0 f- E% g, A- I2 n8 B
（二）再結晶退火（完全退火）
/ z( }7 o4 l( n% s) H* F" kα-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
+ c6 y* Q: ^: j. |, V8 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
2 G( f- J4 K. m; R6 m0 |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
! B, O Z4 l% Y P120-200℃，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8 o3 {* A1 h1 F3 P8 P+ Q3 G# U
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3 _, W, d8 h q9 K: l# I
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- `3 z7 u: D: ]# b. ^& S
溫時間要短些。/ {2 T2 m4 P8 l- p [9 M
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$ U* [- `9 R& u" F; V5 m
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
2 j6 `' x }* p {8 v( D使之細化。為了避免晶粒粗化，可采取下列兩種措施：0 |+ T1 D8 h' A% N0 ~& X* C' s1 \
1）盡可能將退火溫度選在700℃以下。
; e% a6 Q6 W+ ~4 H7 X2） 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，* {) u9 g- b& t2 X8 }2 W; ?2 J
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。) X3 u" O: ~. `8 E, \3 M, [# g
（三）真空退火
* l% H$ M3 ^1 o5 A, m4 n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
; h/ Q! l$ N3 I. K0 w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-* \: N" N$ z$ g6 l0 }% A6 R( o, ], S
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3 e6 t* @! k9 W
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，6 v. g/ E) i3 y$ i- N: Y
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，) R$ z; U# ~; u9 k. Y- a
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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