颁布功夫：2021-12-30点击：7040
一、钛合金的热处置特点
（1）马氏体相变不会使钛合金的机能发生显著变动 。这个特点与钢的马 氏 体相变分歧 ，钛合金的热处置强化只能依赖淬火形成的亚稳相(蕴含马氏体相)的时效分化 ，何况对于纯a型钛合金热处置的步骤根基上不能有效 ，即钛合金的热处置重要用于α+β型钛合金 。
（2）热处置当该预防形成ω相 。形成ω相会使钛合金变脆 ，正确选择时效工艺(例如 ，选取较高的时效温度)即可使ω相分化 。
（3）利用反复相变难于细化钛合金晶粒 。这一点也分歧于钢铁资料 ，大无数的钢能够利用奥氏体与珠光体(或铁素体、渗碳体)的反复相变节造新相形核与长大 ，达到晶粒细化的主张 ，而钛合金中没有这样的景象 。
（4）导热性差 。导热性差可导致钛合金 ，尤其是α+β钛合金的淬透性差 ，淬火扰爪力大 ，淬火时零件易翘曲 。由于导热性差 ，钛合金变形时易引起部门温升过高 ，使部门温杜仔可能超过β转变点而形成魏氏组织 。
（5）化学性活跃 。热处置时 ，钛合金易与氧和水蒸气反映 ，在工件表表形成拥有肯定深度的富氧层或氧化皮 ，使合金的机能降低 。同时钛合金热处置时容易吸氢 ，引起氢脆 。
（6）β转变点差距大 。即便是统一成分 ，但由于冶炼炉次的分歧 ，其β转变温杜仔时差距很大 。
（7）在β相区加热时 ，β晶粒长大偏差大 。β晶粒粗化可使合金塑性急剧降落 ，故应严格节造加热的温度和功夫 ，并慎用在β相区加热的热处置 。
二、钛合金的热处置类型
钛合金的相变是钛合金热处置的基础 ，为了改善钛合金的机能 ，除选取合理的合金化表 ，还要配相宜当的热处置能力实现 。钛合金的热处置种类较多 ，常用的有退火处置、时效处置、形变热处置和化学热处置等 。
1.退火处置
退火合用于各类钛合金 ，其重要主张是解除应力 ，提高合金塑性及不变组织 。退火的大局蕴含去应力退火、再结晶退火、双重退火、等温退火和真空退火等 ，
（1）去应力退火 。为相识除铸造、冷变形及焊接等工艺过程中产生的内应力 ，可选取去应力退火 。去应力退火的温杜爪低于再结晶温度 ，通常为450~650℃ ，所需的功夫取决于工件的截面尺寸、加工汗青及所需解除应力的水平 。
（2）通常退火 。其主张是使钛合金半制品解除根基应力 ，并拥有较高的强度和切合技术前提要求的塑性 。退火温度通常与再结晶起头温度相当或略低 ，此种退火工艺通常冶金产品出厂时使用 ，所以又能够称为工厂退火 。
（3）齐全退火 。主张是齐全解除加工硬化 ，不变组织和提高塑性 。这一过程重要发生再结晶 ，故亦称再结晶退火 。退火温度***好介于再结晶温度和相变温度之间 ，若是超过了相变温度会形成魏氏组织而使合金的机能恶化 。对于各类分歧种类迪胙合金 ，退火的类型、温度和冷却方式均分歧 。
（4）双重退火 。为了改善合金的塑性、断裂韧性和不变组织可选取双重退火 。退火后的合金组织越发均匀和靠近平衡状态 。耐热钛合金为了保障在高温及持久应力作用下组织和机能的不变 ，常选取此类退火 。双重退火是对合金进行两次加热和空冷 。***次高温退火加热温度高于或靠近再结晶终了温度 ，使再结晶充分进行 ，又不使晶粒显著长大 ，并节造ap相的体积分数 ？绽浜笞橹共还徊槐 ，需进行第二次低温退火 ，退火温度低于再结晶温度 ，保温较长功夫 ，使高温退火得到的亚稳β相充分分化 。
（5）等温退火 。等温退火可获得***好的塑性和热不变性 。此种退火合用于β不变元素含量较高的双相钛合金 。等温退火选取分级冷却的方式 ，即加热至再结晶温度以上保温后 ，立即转入另一较低温度的炉中（通常600~650℃）保温 ，而后空冷至室温 。
2.淬火处置
淬火时效是钛合金热处置强化的重要方式 ，利用相变产生强化成效 ，故又称强化热处置 。钛合金热处置的强化成效决定于合金元素的性质、浓度及热处置规范 ，由于这些成分影响合金淬火所得的亚不变相的类型、成分、数量和散布 ，以及亚不变相分化过程中析出相的性质、结构、弥散水平等 ，而这些又与合金的成分、热处置工艺规范和原始组织有关 。
对于成分肯定的合金 ，时效强化成效取决于所选的热处置工艺 。淬火温度越高 ，时效强化成效越显著 ，但高于β转变温度淬火 ，由于晶粒过度粗壮而导致脆性 。对于浓度较低的两相钛合金可选取较高温度淬火 ，以获得更多的马氏体 ，而浓度较高的两相钛合金则选用较低温度淬火 ，以得到较多的亚稳β相 ，这样能够获得***大的时效强化成效 。冷却方式通常选用水冷或者油冷 ，淬火的过程要迅速 ，以预防β相在转移过程中发生分化 ，降低时效强化成效 。时效温度和功夫的选择应以获得***好的综合机能为准则 ，通常α+β型钛合金时效温度为500~600℃ ，功夫4~12h；而β型钛合金的时效温度为450~550℃ ，功夫8~24h ，冷却方式均选取空冷 。
3.形变热处置
形变热处置是将压力加工（锻、轧等）与热处置工艺有效地结合起来 ，可同时阐扬形变强化与热处置强化的作用 ，得到与单一的强化步骤所不能获得的组织与综合机能 。常见的形变热处置工艺如图2所示 。分歧类型的形变热处置依照变形温杜纂再结晶温度和相转变温度的关系进行分类 ，按变形温度分为:
（1）高温形变热处置 。加热到再结晶温度以上 ，变形40%~85%后迅速淬火 ，再进行通例的时效热处置 。
（2）低温形变热处置 。在再结晶温度以下进行变形50%左右 ，随后再进行通例的时效处置 。
（3）复合形变热处置 。将高温形变热处置和低温形变热处置结合起来的一种工艺 。
4.化学热处置
钛合金的摩擦系数较大 ，耐磨性差(通常比钢约低40%) ，在接触表表上容易产生黏结 ，引起摩擦侵蚀 。在氧化介质中钛合金的耐侵蚀性较强 ，但在还原介质(盐酸、硫酸等)中的抗侵蚀性较差 。为了改善这些机能 ，可选取电镀、喷涂和化学热处置(渗氮、渗氧等)等步骤 。渗氮后的氮化层硬度比未氮化时表层高2~4倍 ，因而显著提高合金的耐磨性 ，同时还改善合金在还原性介质中的抗蚀性；渗氧可将合金耐蚀性提高7~9倍 ，但合金的塑性和委顿强度会有分歧水平的损失 。
三、钛合金的显微组织特点
在钛合金出格是α+β双相钛合金中 ，能够观察到形形色色的组织 。这些组织在描摹、晶粒尺寸和晶内结构上均各不一样 ，重要取决于合金成分、变形工艺和热处置过程 。通常钛合金的组织有两个根基相 ，即α相和β相 。钛合金的力学机能在很大水平上取决于这两个相的比例、状态、尺寸和散布 。钛合金的组织类型根基上可分为四大类 ，即魏氏组织(片层组织)、网篮组织、双态组织及等轴组织 。图3为钛合金各类典型组织描摹特点 。表1给出了TC4钛合金在四种典型组织状态下对应的合金机能指标 ，可见分歧组织下的机能差距较大 。
1.片层组织
其特点是粗壮的原始β晶粒和齐全的晶界α相 ，在原始β晶粒内形成尺寸较大的“束集” ，统一“束集”内有较多的 。片彼此平行 ，成统一取向 ，如图3(a)所示 。这种显微组织是合金在β相区加热后未变形或变形量不大的情况下 ，较慢地从β相区冷却下来形成的组织 。当合金拥有这种组织时 ，其断裂韧性、悠久和蠕变强度好 ，但塑性、委顿强度、抗缺口敏感性、热不变性和抗扰爪力侵蚀性很差 ，它们随α“束集”的大幼和晶界α的厚度而异 ，α“束集”变幼 ，晶界α变薄 ，综合机能好转 。
2.网篮组织
其特点是原始β晶粒天堑在变形过程中被粉碎 ，不出现或仅出现少量分散散布的颗粒状晶界α ，原始β晶粒内的α片变短 ，α“束集”尺寸较幼 ，各片丛交错分列 ，犹如编织网篮状 ，如图3(b)所示 。当合金在β相区加热或起头变形 ，或者在(α+β)双相区的变形量不够大时通常会形成这种显微组织 。藐幼的网篮组织不仅有较好的塑性、冲击韧性、断裂韧性和高周委顿强度 ，还拥有较好的热强性 。
3.双态组织
其特点是在p转变组织的基体上散布有互不相连的初生α ，但总含量不超过50% ，如图3(c)所示 。当钛合金热变形或热处置的加热温度低于β转变温度较少时 ，通常可获得双态组织 。双态组织指组织中的α相有两种状态 ，一种为等轴状的初生α相;另一种为β转变组织中的片状α相 ，与初生α相对应 ，这衷飕状 。相亦称为次生α相或二次α相 。当合金在(α+β)双相区较高温度和较大变形时会形成这种组织 。
4.等轴组织
其特点是在均匀散布的含量超过50%的初生α相基体上 ，散布着肯定数量的转变β组织 ，如图3(d)所示 。钛合金的变形加工和热处置全数在(α+β)双相区或α相区进行 ，且加热温度低于β转变温度较多时 ，通常可获得等轴组织 。同其他组织相比 ，这类组织的塑性、委顿强度、抗缺口敏感性和热不变性好 ，但断裂韧性、悠久、蠕变强度差一些 。由于这类组织有较好的综合机能 ，目前选取***宽泛 。
四、热处置工艺对钛合金显微组织演化的影响
钛合金的热处置工艺如图4所示 。重要节造的参数是固溶温度、固溶功夫、冷却方式[蕴含水冷(water quench ，WQ)、油冷(oil quench ，OQ)、空冷(air cooling ，AC)和炉冷(fumace cooling ，FC)]、时效温度和时效功夫 。
1.固溶温度对TC21合金显微组织的影响
图5为TC21合金在分歧固溶温度下的显微组织 。由图5可知 ，随着固溶温度的升高 ，αp相的体积分数削减 ，当固溶温度高于Tβ后 ，αp相隐没 。在940℃固溶处置 ，由于等轴αp相的故障 ，β晶粒的晶界发生弯曲弓出 ，如图5(c)中的箭头所示 。在1000℃固溶处置(>Tβ) ，αp相隐没 ，由于β晶粒晶界移动的故障隐没 ，β晶粒急剧长大 ，均匀直径可达300μm左右 ，如图5(d)所示 。
由此可见 ，固溶温度对TC21合金的显微组织影响显著 。在(α+β)双相区固溶时 ，αp相的尺寸、状态与散布将直接影响着β晶粒的尺寸 。钛合金的 。αp相和β晶粒尺寸对合金的力学机能起着至关重要的作用 。为了预防β晶粒的急剧长大 ，TC21合金的固溶温杜爪选择在Tβ以下为佳 ，这样能够获得晶粒尺寸比力相宜 ，并且由初生相和次生相混合的双态组织 。
2.固溶功夫对TC21合金显微组织的影响
图6为TCIZ合金固溶处置4h空冷后的显微组织 。由图6与图5(a)和(b)可知 ，随着固溶功夫的增长 ，TC21合金中ap相的体积分数以及散布法规并没有发生显著的变动 。由此可见 ，当固溶处置达到一按功夫之后 ，TC21合金的显微组织对固溶处置功夫不敏感 ，只是固溶处置温度对合金的固溶组织起着决定性的作用 。
3.冷却方式对TC21合金显微组织的影响
图7为冷却方式对TC21合金显微组织的影响 。由图7可知 ，冷却方式对TC21合金固溶处置后的显微组织影响显著 ，在WQ和OQ前提下 ，由于冷却速度较快 ，只有亚稳β形成而没有βT形成 ，而在AC前提下 ，有肯定量的βT形成；在WQ和OQ前提下获得的αp相尺寸比AC前提下获得的αp相稍幼一些 。此种差距是由于AC的冷却速度较慢 ，合金中的αp相在冷却过程中能够较充分的长大（造成AC前提下合金中αp相含量增长并且荟萃长大） 。高温下的β相在较慢的冷却过程中也能够得到较充分的转变而形成βT 。
4.时效温度对TC21合金组织的影响
图8为TC21合金在500℃和600℃时效的组织照片 。由图8可知 ，合金时效后的组织组成为αp相+βT相 。随时效的进行 ，次生α相发成长大归并;随着时效温度的升高 ，次生的α相逐步增多 。如图8(a)、(b)和(c)所示 ，在500℃时效 ，由于时效温度偏低 ，固溶处置得到的亚稳β在时效过程中不足分化的驱动力 ，形成的次生相比力少 。
5.时效功夫对TC21合金组织的影响
图9为TC12合金在550℃时效分歧功夫的组织照片 。由图9可知 ，随时效功夫的耽搁 ，βT不休增多 ，而αp相的尺寸未见显著的变动 ，只是出现了归并长大景象 ，尺寸较大的次生条状α相也出现了归并长大景象 。
6.热处置对典型钛合金显微组织的影响
通过节造TC12合金和Ti60合金的热处置工艺前提 ，获得了 LM组织(lamellar microstructure ，LM)和双态组织(bimodal microstructure ，BM)两大类 ，如图10所示 。
由图10(d)和(e)可知 ，Ti600合金固溶温度选择在Tb(l010℃)以上和以下别离能够获得LM组织和BM组织 。LM组织的片层厚度为2~3μm；BM组织中αp相的体积分数约为20% ，其均匀直径约为15μm 。
图10(f)为BM组织Ti600合金在600℃热露出(thermal exposure , TE) 100h后的显微组织 。仅从图10(e)和(f)所示的显微组织并不能分辨出BM组织和BM +TE组织的差距 。高温钛合金在持久时效或热露出的过程中 ，其富含Al的αp相中容易析出α2 (Ti3Al)相 。通过透射电镜观察可知 ，α2相在热露出后BM组织Ti600合金的αp相中被发现 ，如图11所示 。
起源：材易通
