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发表于 2012-7-31 11:40:52
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钛的热处理方法
& L# r! O5 s! j# D b3 q5 w一.钛的基本热处理:# Q( l9 b2 y& S* ?" Y5 a+ O# J
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
" j6 ?3 }6 ]: S7 c2 d7 @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. [+ D& F& B- `8 N- ^! D
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
% W$ G; j8 n4 v! q, |& f6 O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，
1 N, ^' ^0 |' l& i8 ]以恢复塑性和成型能力。 M* _4 ]8 h }
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
! Z! q; P$ d) n2 s& V: _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7 W3 m( O6 {% n1 I. ]+ {! P' {4 h$ W
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" ?0 }2 t* Q$ A' Q
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
p3 P1 E! v* Y/ ?9 J1 C. Bα-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℃
6 D/ U. h9 L. V! d/ R- i; A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/ f6 z0 a3 R. ^5 H$ }" i
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' }2 d& R3 b3 }" b$ |
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 P7 i% Q4 ~( A
材生产厂家都要求真空气氛下的退火处理。
; |1 Y- ]! e' F/ `/ _! x' D! R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）
$ b, B* s+ c5 [中的残余应力，应进行消应力热处理。
3 ?1 O6 l5 Y' o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5 x: ]/ c' a6 E7 e
化性即可。
3 D' E @( S8 r5 X# J, r二.钛及钛合金的热处理:: ^ |# M# m8 x8 {- q8 F
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
' ~" V: L R8 r' h产品对材料性能的要求，需要对钛及钛合金进行热处理。
9 {. l* Y/ _1 c$ h5 T1．工业纯钛（TA1、TA2、TA3）的热处理7 ~2 {# O+ X) U) K% j9 ?' d4 d
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，
. Q9 {6 a; b. B% `% i8 ]" h; B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- f: s U' @: I3 T3 Y S: d+ h
两种是在微氧化炉中进行，而后者则应在真空炉中进行。* z# v9 i$ b$ }! L! i( C. f1 u
（一）消应力退火4 S/ k0 ~2 n) g* e" y/ T* a$ v! w
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
9 J8 Q8 m8 v, f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
7 n2 n' E) M, k% s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
4 O* R P. Z' X3 z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
8 o/ T6 g3 E, ]6 B2 ?# D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( d: Z; j# D' L s& G3 \
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
+ B3 l7 T4 |$ C8 ]# n5 {( J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; _% v5 T2 V6 ?- f/ R( Y- L
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。
/ }1 P- l) N$ p. i' g（二）再结晶退火（完全退火）0 f. p! q! B8 m2 g) R
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6 h# s% ^* B# f/ S5 y
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
$ \# j2 a* M. ?9 y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+ }& [+ \2 c+ j' F2 h
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
- {. R/ k6 r" U, C8 G$ W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: [% o- n6 I/ f; _3 ~4 F
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
) h. {* a$ @( ]- v温时间要短些。4 D: b5 ]2 ]; Q( p% Q
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
2 B1 a+ X7 X Q6 Q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
2 X7 _* ]7 W1 e/ c$ M, [- v( H使之细化。为了避免晶粒粗化，可采取下列两种措施：
# J h& c# U& h9 r; U1）尽可能将退火温度选在700℃以下。$ [; B+ J5 R. s( }3 o: @5 ] a' T1 L E
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，
- Y+ U9 v3 h. V+ r4 b( U1 R( z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。
& S3 ]1 V! W- [（三）真空退火; H3 y' `) b% S% O
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$ J2 ^8 U8 Z1 m
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-& F# N$ h1 h$ y; y! s
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
1 N9 ^1 L1 ^4 P" ]+ o1 R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，
1 s/ f3 [1 u9 Y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，% F# L; u; R6 B
真空度不能低于5×10-4mmHg。 |
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