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发表于 2012-7-31 11:40:52
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钛的热处理方法
: U& E+ t$ y# M. J g) |6 U一.钛的基本热处理:1 ]/ g$ K- _" B D# ~6 l
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) ]8 Y( H( D4 K' n0 m! D9 ?- \
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6 F5 k3 f* C6 m) m+ h
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
) C8 W% f( G4 Z$ S( X% k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，& V! C) ]# y. ^) _; Y
以恢复塑性和成型能力。/ ~; p( [& X, h* p) z" ~; p) e
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: V0 g) D2 S" X+ E# q
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& E7 U A; j5 S4 X
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 @ d& l% j1 k" |' \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) x% S, V$ K6 R6 z7 O- S
α-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℃
; }* o% ~! u7 @, W& I. p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
; [% c1 P* n, G, p3 B$ k' _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' K- L- Q& q! Q0 j# B6 [1 {. P# O
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! m. I5 Y! h4 }/ d' y3 v Y4 X
材生产厂家都要求真空气氛下的退火处理。" m' [; A" ]! l% b
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）* H4 z# v$ @1 Q" R6 V* K( }$ O
中的残余应力，应进行消应力热处理。
6 Q+ v- i$ o1 `4 P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; V2 _3 j# W n) I
化性即可。
5 C! _+ } v/ \二.钛及钛合金的热处理:
- o: G' D6 p+ V5 p' m7 x! C; S B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- L+ d; X- s% f/ ^5 i5 x: g
产品对材料性能的要求，需要对钛及钛合金进行热处理。
$ g0 `' I6 A2 ~* t" b1．工业纯钛（TA1、TA2、TA3）的热处理- N4 }5 D0 [& @# v A+ [ P! q
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，
$ P4 m6 D a; N$ C$ [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
5 E2 U8 B* ]5 ? U6 Q, d" l1 y两种是在微氧化炉中进行，而后者则应在真空炉中进行。( ^* h- \$ @8 X
（一）消应力退火' f$ t2 v V) f& P4 M- Q
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
( Z( C: n" S- I. u+ M- R6 x& d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
# ~0 m" t$ H& m 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# _: M7 T1 `4 @2 O8 K1 V
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
2 N) B# j6 \9 Z: h {- l A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
; j& W) C% c% i z L; u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
/ |7 P$ r5 h& f, P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( M: T* H& Q8 {4 y
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。
: O/ H2 f2 C" Z, Q* x9 c（二）再结晶退火（完全退火） D5 E+ i: i6 F9 \/ a
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" E% W" q* Y4 |$ W' U! W7 M1 }; l' q
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( F' }' o( n& E- R1 G! M
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$ X3 T* I$ h. W; G2 | M8 W1 U- k& f
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( F; p3 R: A# T; W; ?* E5 L3 Y
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
. n7 k9 a6 _, P- l' y6 R6 E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# j* k7 C8 h n% ?1 N
温时间要短些。; f( g9 e; X7 j/ W' G9 y% {
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+ n. c+ v$ q' y2 j' Y# d2 P. p
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
7 V. S W: f/ h' _使之细化。为了避免晶粒粗化，可采取下列两种措施：3 R6 M" a9 b9 N3 E
1）尽可能将退火温度选在700℃以下。# [( }7 O& }! o- F% 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，
2 Q8 S4 E+ Q8 Z3 R8 Y* [* T$ P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。
1 L8 | C" e$ F（三）真空退火" u5 I8 x! ]+ E0 |! n |
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
4 Y3 b' B: b& r6 U: H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-/ z% D; [$ r4 I: J
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
H8 v% K, u u a3 ?* N! x; s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，
4 ]9 x' n- O7 ?% Z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， W6 g+ U+ c; {& I) @
真空度不能低于5×10-4mmHg。 |
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