钛合金热处理操作注意事项
淬火：
1．淬火操作时，从出炉到进入淬火介质之间的转移时间越短越好，以防β相分解，转移时间最长不超过10s
2．淬火加热保温时间的计算公式：
t=(5~8)Aδ(min)
A—保温时间系数3min/mm
δ—零件有效厚度（mm）
淬火介质：高闪点的油，或不含氯化物的盐浴如亚硝酸盐和硝酸盐浴
防氧化和腐蚀：
1．在氯盐浴中加热时，发生热盐腐蚀的临界温度是288oC，主要是热处理前零件清洗不正确，要求正确清洗。搬运时，不要在零件上按指纹，对于工件上的油和润滑脂应清洗干净
2．钛合金在真空中加热时，真空压力为0.1~1kPa
3．为防止氧化，可用高纯度氩、氖等惰性气体保护，也可用塑料进行保护，或加热前把零件在熔融的玻璃中浸蘸一下
变形：为防止热处理翘曲，零件应固定于铁基或镍基合金制造的夹具中为防止夹具带来的油污，在夹具里垫薄钛板或喷Al2O3，将钛零件
同夹具隔开，夹具在使用前应进行烧焦处理
有害气体影响：
氢气：含氢量超过0.02%会产生氢脆，所以钛合金最好在真空中加热，用火焰加热时，火焰不能直接喷在工件上，火焰调成中性或略带氧化性
氧气：氧易和钛生成TiO2薄膜，使用过程中易产生剥落
氮气：零件吸入氮气变脆，塑性下降
钢材断裂的基本分析
如今，用于各行业的钢材品种达数千种之多。每种钢材都因不同的性能、化学成分或合金种类和含量而具有不同的商品名称。虽然断裂韧性值大大方便了每种钢的选择，然而这些参数很难适用于所有钢材。主要原因有：第一，因为在钢的冶炼时需加入一定数量的某种或多种合金元素，成材后再经简单热处理便可获得不同的显微组织，从而改变了钢的原有性能；第二，因为炼钢和浇注过程中产生的
缺陷，特别是集中缺陷（如气孔、夹杂等）在轧制时极其敏感，并且在同一化学成分钢的不同炉次之间，甚至在同一钢坯的不同部位发生不同的改变，从而影响钢材的质量。由于钢材韧性主要取决于显微结构和缺陷的分散（严防集中缺陷）度，而不是化学成分。所以，经热处理后韧性会发生很大变化。要深入探究钢材性能及其断裂原因，还需掌握物理冶金学和显微组织与钢材韧性的关系。
1. 铁素体-珠光体钢断裂
铁素体-珠光体钢占钢总产量的绝大多数。它们通常是含碳量在0.05%～0.20%之间的铁-碳和为提高屈服强度及韧性而加入的其它少量合金元素的合金。
铁素体-珠光体的显微组织由BBC铁（铁素体）、0.01%C、可溶合金和Fe3C组成。在碳含量很低的碳钢中，渗碳体颗粒（碳化物）停留在铁素体晶粒边界和晶粒之中。但当碳含量高于0.02%时，绝大多数的Fe3C形成具有某些铁素体的片状结构，而称为珠光体，同时趋向于作为“晶粒”和球结（晶界析出物）分散在铁素体基体中。含碳量在0.10%～0.20%的低碳钢显微组织中，珠光体含量占10%～25%。
尽管珠光体颗粒很坚硬，但却能非常广泛地分散在铁素体基体上，并且围绕铁素体轻松地变形。通常，铁素体的晶粒尺寸会随着珠光体含量的增加而减小。因为珠光体球结的形成和转化会妨碍铁素体晶粒长大。因此，珠光体会通过升高d-1/2（d为晶粒平均直径）而间接升高拉伸屈服应力δy。
从断裂分析的观点看，在低碳钢中有两种含碳量范围的钢，其性能令人关注。一是，含碳量在0.03%以下，碳以珠光体球结的形式存在，对钢的韧性影响较小；二是，含碳量较高时，以球光体形式直接影响韧性和夏比曲线。
2. 处理工艺的影响
实践得知，水淬火钢的冲击性能优于退火或正火钢的冲击性能，原因在于快冷阻止了渗碳体在晶界形成，并促使铁素体晶粒变细。
许多钢材是在热轧状态下销售，轧制条件对冲击性能有很大影响。较低的终轧温度会降低冲击转变温度，增大冷却速度和促使铁素体晶粒变细，从而提高钢材韧性。厚板因冷却速度比薄板慢，铁素体晶粒比薄板粗大。所以，在同样的热处理条件下厚板比薄板更脆性。因此，热轧后常用正火处理以改善钢板性能。
热轧也可生产各向异性钢和各种混合组织、珠光体带、夹杂晶界与轧制方向一致的定向韧性钢。珠光体带和拉长后的夹杂粗大分散成鳞片状，对夏比转变温度范围低温处的缺口韧性有很大影响。
3. 铁素体-可溶合金元素的影响
绝大多数合金元素加入低碳钢，是为了生产在某些环境温度下的固溶体硬化钢，提高晶格摩擦应力δi。但目前还不能仅用公式预测较低屈服应力，除非已知晶粒尺寸。虽然屈服应力的决定因素是正火温度和冷却速度，然而这种研究方法仍很重要，因为可以通过提高δi 预测单个合金元素可降低韧性的范围。
铁素体钢的无塑性转变（NDT）温度和夏比转变温度的回归分析至今尚无报导，然而这些也仅限于加入单个合金元素对韧性影响的定性讨论。以下就几种合金元素对钢性能的影响作简要介绍。
1）锰。绝大多数的锰含量约为0.5%。作为脱氧剂或固硫剂加入可防止钢的热裂。在低碳钢中还有以下作用。
◆含碳量0.05%钢，空冷或炉冷后有降低晶粒边界渗碳体薄膜形成的趋势。
◆可稍减小铁素体晶粒尺寸。
◆可产生大量而细小的珠光体颗粒。
前两种作用说明NDT温度随着锰量的增加而降低，后两种作用会引起夏比曲线峰值更尖。
钢含碳量较高时，锰能显著降低约50%转变温度。其原因可能是因珠光体量多，而不是渗碳体在边界的分布。必须注意的是，如果钢的含碳量高于0.15%，高锰含量对正火钢的冲击性能影响起到了决定性作用。因为钢的高淬透性引起奥氏体转变成脆性的上贝氏体，而不是铁素体或珠光体。
2）镍。加入钢中的作用似锰，可改善铁-碳合金韧性。其作用大小取决于含碳量和热处理。在含碳量（约0.02%）很低的钢中，加入量达到2%就能防止热轧态和正火钢晶界渗碳体的形成，同时实质降低开始转变温度TS，升高夏比冲击曲线峰值。
进一步增加镍含量，改善冲击韧性效果则降低。如果这时含碳量
低至正火后无碳化物出现时，镍对转变温度的影响将变得很有限。在含碳约0.10%的正火钢中加入镍，最大的好处是细化晶粒和降低游离氮含量，但其机理目前尚不清楚。可能是由于镍作为奥氏体的稳定剂从而降低了奥氏体分解的温度。
3）磷。在纯净的铁-磷合金中，由于铁素体晶界会发生磷偏析降低了抗拉强度Rm而使晶粒之间脆化。此外，由于磷还是铁素体的稳定剂。所以，加入钢中将大大增加δi值和铁素体晶粒尺寸。这些作用的综合将使磷成为极其有害的脆化剂，发生穿晶断裂。
4）硅。钢中加硅是为了脱氧，同时有益于提高冲击性能。如果钢中同时存在锰和铝，大部分硅在铁素体中溶解，同时通过固溶化硬化作用提高δi。这种作用与加入硅提高冲击性能综合的结果是，在稳定晶粒尺寸的铁-碳合金中按重量百分比加入硅，使50%转变温度升高约44℃。此外，硅与磷相似，是铁素铁的稳定剂，能促进铁素体晶粒长大。按重量百分数计，硅加入正火钢中将提高平均能量转换温度约60℃。
5）铝。以合金和脱氧剂的作用加入钢中有以下两方面的原因：第一，与溶体中的氮生成AlN，去除游离氮；第二，AlN的形成细化了铁素体晶粒。这两种作用的结果是，每增加0.1%的铝，将使转变温度降低约40℃。然而，当铝的加入量超过了需要，“固化”游离氮的作用将变弱。
6）氧。钢中的氧会在晶界产生偏析导致铁合金晶间断裂。钢中
氧含量高至0.01%，断裂就会沿着脆化晶粒的晶界产生的连续通道发生。即使钢中含氧量很低，也会使裂纹在晶界集中成核，然后穿晶扩散。解决氧脆化问题的方法是，可加入脱氧剂碳、锰、硅、铝和锆，使其和氧结合生成氧化物颗粒，而将氧从晶界去除。氧化物颗粒也是延迟铁素体生长和提高d-/2的有利物质。
4. 含碳量在0.3%～0.8%的影响
亚共析钢的含碳量在0.3%～0.8%，先共析铁素体是连续相并首先在奥氏体晶界形成。珠光体在奥氏体晶粒内形成，同时占显微组织的35%～100%。此外，还有多种聚集组织在每一个奥氏体晶粒内形成，使珠光体成为多晶体。
由于珠光体强度比先共析铁素体高，所以限制了铁素体的流动，从而使钢的屈服强度和应变硬化率随着珠光体含碳量的增加而增加。限制作用随硬化块数量增加，珠光体对先共析晶粒尺寸的细化而增强。
钢中有大量珠光体时，形变过程中会在低温和/或高应变率时形成微型解理裂纹。虽然也有某些内部聚集组织断面，但断裂通道最初还是沿着解理面穿行。所以，在铁素体片之间、相邻聚集组织中的铁素体晶粒内有某些择优取向。
5. 贝氏体钢断裂
在含碳量为0.10%的低碳钢中加入0.05%钼和硼可优化通常发生在700～850℃奥氏体-铁素体转变，且不影响其后在450℃和675℃
时奥氏体-贝氏体转变的动力学条件。
在大约525～675℃之间形成的贝氏体，通常称为“上贝氏体”；在450～525℃之间形成的称为“下贝氏体”。两种组织均由针状铁素体和分散的碳化物组成。当转变温度从675℃降至450℃时，未回火贝氏体的抗拉强度会从585MPa升高至1170MPa。
因为转变温度由合金元素含量决定，并间接影响屈服和抗拉强度。这些钢获得的高强度是以下两种作用的结果：
1）当转变温度降低时，贝氏体铁素体片尺寸不断细化。
2）在下贝氏体内精细的碳化物不断分散。这些钢的断口特征在很大程度上取决于抗拉强度和转变温度。
有两种作用要注意：第一，一定的抗拉强度级别，回火下贝氏体的夏比冲击性能远远优于未回火的上贝氏体。原因是在上贝氏体中，球光体内的解理小平面切割了若干贝氏体晶粒，决定断裂的主要尺寸是奥氏体晶粒尺寸。
在下贝氏体中，针状铁素体内的解理面未排成一直线，因此决定准解理断裂面是否断裂的主要特征是针状铁素体晶粒尺寸。因为这里的针状铁素体晶粒尺寸仅为上贝氏体中的奥氏体晶粒尺寸的1/2。所以，在同一强度级别，下贝氏体转变温度比上贝氏体低许多。
除了上面的原因之外是碳化物分布。在上贝氏体中碳化物位于晶界沿线，并通过降低抗拉强度Rm增加脆性。在回火的下贝氏体中，碳化物非常均匀地分布的铁素体中，同时通过限制解理裂纹以提高抗
拉强度并促进球化珠光体细化。
第二，要注意的是未回火合金中转变温度与抗拉强度的变化。在上贝氏体中，转变温度的降低会使针状铁素体尺寸细化同时升高延伸强度Rp0.2。
在下贝氏体中，为获得830MPa或更高的抗拉强度，也可通过降低转变温度提高强度的方法实现。然而，因为上贝氏体的断口应力取决于奥氏体晶粒尺寸，而此时的碳化物颗粒尺寸已经很大，因此通过回火提高抗拉强度的作用很小。
6. 马氏体钢断裂
碳或其它元素加入钢中可延迟奥氏体转变成铁素体和珠光体或贝氏体，同时奥氏体化后如果冷却速度足够快，通过剪切工艺奥氏体会变成马氏体而不需进行原子扩散。
理想的马氏体断裂应具有以下特征。
◆因为转变温度很低（200℃或更低），四面体铁素体或针状马氏体非常细。
◆因为通过剪切发生转变，奥氏体中的碳原子来不及扩散出晶体，使铁素体中的碳原子饱和从而使马氏体晶粒拉长导致晶格膨胀。
◆发生马氏体转变要超过一定的温度范围，因为初始生成的马氏体片给以后的奥氏体转变成马氏体增加阻力。所以，转变后的结构是马氏体和残余奥氏体的混合结构。
为了保证钢的性能稳定，必须进行回火。高碳（0.3%以上）马氏
体，在以下范围内回火约1h，经历以下三个阶段。
1）温度达到约100℃时，马氏体某些过饱和碳沉淀并形成非常细小的ε-碳化物颗粒，分散于马氏体中而降低碳含量。
2）温度在100～300℃之间，任何残余奥氏体都可能转变成贝氏体和ε-碳化物。
3）在第3阶段回火中，大约200℃起取决于碳含量和合金成分。当回火温度升至共析温度，碳化物沉淀变粗同时Rp0.2降低。
7. 中强度钢（620MPa 除了消除应力提高冲击韧性之外，回火还有以下两种作用：第一，转变残余奥氏体。残留奥氏体将在低温约30℃转变成韧性针状下贝氏体。在较高的温度如600℃，残余奥氏体会转变成脆性的珠光体。因此，钢在550～600℃进行第一次回火，在300℃进行第二次回火，以避免形成脆性珠光体，称这种回火制度为“二次回火”。 第二，增加弥散性碳化物含量（抗拉强度Rm增加），降低屈服强度。如果升高回火温度，两者都将会引起冲击，转变回火范围降低。因为显微组织变精细，在同样强度级别，将提高抗拉塑性。 回火脆性是可逆的。如果回火温度高到超过了临界范围而降低了转变温度，可将材料再加热后在临界范围处理，回火温度才可以再升高。如果出现微量元素，表明脆性将得到改善。最重要的微量元素是锑、磷、锡、砷，加上锰和硅都有去脆作用。如果其它合金元素存在，钼也能降低回火脆性，同时镍和铬也有一定的作用。 8. 高强度钢（Rp0.2>1240MPa）断裂 高强钢可通过以下方法进行生产：淬火和回火；淬火和回火前奥氏体变形；退火和时效生产沉淀硬化钢。此外，还可通过应变和再回火或回火期应变，都可进一步提高钢的强度。 9. 不锈钢断裂 不锈钢主要由铁-铬、铁-铬-镍合金和其它改善力学性能与抗蚀能力的元素组成。不锈钢防蚀是因为在金属表面生成了可防止进一步氧化的铬氧化物—不可渗透层。 因此，不锈钢在氧化气氛中能防止腐蚀并使铬氧化物层得到强化。但在还原气氛中，铬氧化层受到损害。抗蚀性随着铬、镍含量增加而增加。镍可全面提升铁的钝化性。 增加碳是为了改善力学性能和保证奥氏体不锈钢性能的稳定。一般说来，不锈钢利用显微组织进行分类。 ◆马氏体不锈钢。属于铁-铬合金，可进行奥氏体化和后序热处理生成马氏体。通常含铬12%，含碳0.15%。 ◆铁素体不锈钢。含铬约14%～18%，碳0.12%。因为铬是铁素体的稳定剂，奥氏体相被超过13%的铬彻底抑制，因而是完全的铁素体相。 ◆奥氏体不锈钢。镍是奥氏体的强稳定剂，因此，在室温、低于室温或高温状态下，镍含量为8%，铬含量为18%（300型）能使奥氏体相非常稳定。奥氏体不锈钢类似于铁素体型，不能通过马氏体转 变而硬化。 铁素体和马氏体不锈钢特征，如晶粒尺寸等与同级别的其它铁素体钢和马氏体钢相似。 奥氏体不锈系FCC结构，在冷冻温度下都不可能解理断裂。大型件冷轧80%后，310型不锈钢有极高的屈服强度和缺口敏感性，甚至在温度低至-253℃还具有1.0的缺口敏感性比。因此，可用于导弹系统的液氢贮存箱。相似的301型不锈钢可用于温度低至183℃的液氧贮存箱。但在这些温度以下是不稳定的，如发生任何塑性变形，不稳定的奥氏体都会变成脆性的非回火马氏体。绝大多数奥氏体钢用于防腐环境，被加热至500～900℃温度范围，铬碳化物会沉淀在奥氏体晶界，结果使晶界附近范围内的铬层被完全耗尽。该部位非常容易受到腐蚀和局部腐蚀，如果存在应力，还可导致晶脆性断裂。 为了减轻上述危害，可加入少量性能强于铬碳化物的元素，例如钛或铌，与碳形成合金碳化物，防止铬被耗尽和随之而致的应力腐蚀裂纹。常称这种处理为“稳定化处理”。 奥氏体不锈钢也常用于高温，如压力容器，防止和满足抗腐蚀和抗蠕变。某些钢种因为在焊后热处理和高温环境下对热影响区及其附近的裂纹十分敏感。所以，当焊接再加热时，受高温作用，铌或钛碳化物会在晶粒内和晶界沉淀，导致裂纹产生而影响使用寿命，这必须给予高度重视。 第十三章有色金属及合金 内容提要： 有色金属的产量和用量不如黑色金属多，但由于其具有许多优良的特性，如特殊的电、磁、热性能，耐蚀性能及高的比强度(强度与密度之比)等，已成为现代工业中不可缺少的金属材料。 1．铝及铝合金； 2．钛及钛合金； 3．铜及铜合金； 4．轴承合金。 基本要求： 掌握和了解各种有色金属的牌号、成分、性能和用途。 13.1铝及铝合金 13.1.1铅及铝合金的性能特点及分类编号 纯铝：纯铝具有银白色金属光泽，密度小(2.72 )，熔点低(660.4℃), 导电、导热性能优良。 耐大气腐蚀，易于加工成形。 具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。 1 铝合金及其特点 铝合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外还有Cr、Ni、Ti、Zr 等辅加元素。 ①比强度高（>>高强钢）。可用于轻结构件，尤其航空。 ②突出理化性能。导电、抗大气腐蚀。 ③良好加工性。高塑性、易冷成形；某些合金铸造性能好，宜作压铸件。 2 铝合金分类及分类编号 13.1.2铝合金的强化 1 形变强化 2沉淀强化 3 固溶强化和时效强化： 13.1.3变形铝合金 变形铝及铝合金牌号表示方法：根据国标规定，变形铝及铝合金可直接引用国际四位数字体系牌号或采用国标规定的四位字符牌号。GB 3190-82中的旧牌号仍可继续使用，表示方法为: ?防锈铝合金：LF+序号 ?硬铝合金： LY +序号 ?超硬铝合金：LC +序号 ?锻铝合金： LD +序号 常用变形铝合金 1 防锈铝合金：主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。 Mn和Mg主要作用是提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。 防锈铝合金锻造退火后组织为单相固溶体，抗蚀性、焊接性能好，易于变形加工，但切削性能差。不能进行热处理强化，常利用加工硬化提高其强度。常用的Al-Mn系合金有 LF21 （ 3A21 ），其抗蚀性和强度高于纯铝，用于制造油罐、油箱、管道、铆钉等需要弯曲、冲压加工的零件。常用的Al-Mg系合金有 LF5（ 5A05 ），其密度比纯铝小，强度比Al-Mn合金高，在航空工业中得到广泛应用，如制造管道、容器、铆钉及承受中等载荷的零件。 精心整理 钛合金特性及加工方法 钛合金以其强度高、机械性能及抗蚀性良好而成为飞机及发动机理想的制造材料，但由于其切削加工性差，长期以来在很大程度上制约了它的应用。随着加工工艺技术的发展，近年来，钛合金已广泛应用于飞机发动机的压气机段、发动机罩、排气装置等零件的制造以及飞机的大梁隔框等结构框架件的制造。我公司某新型航空发动机的钛合金零件约占零件总数的11％。本文是在该新机试制过程中积累的对钛合金材料切削特性以及在不同加工方法下表现出的具体特点的认识及所应采取工艺措施的经验总结。 1钛合金的切削加工性及普遍原则 钛合金按金属组织分为a 相、b 相、a+b 相，分别以TA ，TB ，TC 表示其牌号和类型。我公司某新型发动 600 损严重。 要保持刀刃锋利，以保证排屑流畅，避免粘屑崩刃。 切削速度宜低，以免切削温度过高；进给量适中，过大易烧刀，过小则因刀刃在加工硬化层中工作而磨损过快；切削深度可较大，使刀尖在硬化层以下工作，有利于提高刀具耐用度。 加工时须加冷却液充分冷却。 切削钛合金时吃刀抗力较大，故工艺系统需保证有足够的刚度。由于钛合金易变形，所以切削夹紧力不能大，特别是在某些精加工工序时，必要时可使用一定的辅助支承。 以上是钛合金加工时需考虑的普遍原则，事实上，用不同的加工方法时及在不同的条件下存在着不同的矛盾突出点和解决问题的侧重点。 2钛合金切削加工的工艺措施 车削 钛合金车削易获得较好的表面粗糙度，加工硬化不严重，但切削温度高，刀具磨损快。针对这些特点，主要在刀具、切削参数方面采取以下措施： 刀具材料：根据工厂现有条件选用YG6，YG8，YG10HT。 刀具几何参数：合适的刀具前后角、刀尖磨圆。 较低的切削速度。 适中的进给量。 较深的切削深度。 选用的具体参数见表1。 表1车削钛合金参数表工序车刀前角go ° ° mm m/min mm mm/r 粗车56 精车56 铣削 了3 此外，为使钛合金顺利铣削，还应注意以下几点： 相对于通用标准铣刀，前角应减小，后角应加大。 铣削速度宜低。 尽量采用尖齿铣刀，避免使用铲齿铣刀。 刀尖应圆滑转接。 大量使用切削液。 为提高生产效率，可适当增加铣削深度与宽度，铣削深度一般粗加工为 1.5～3.0mm，精加工为0.2～0.5mm。 磨削 磨削钛合金零件常见的问题是粘屑造成砂轮堵塞以及零件表面烧伤。其原因是钛合金的导热性差，使磨削区产生高温，从而使钛合金与磨料发生粘结、扩散以及强烈的化学反应。粘屑和砂轮堵塞导致磨削比显著 第四章-钛合金的相变及热处理 第4章钛合金的相变及热处理 可以利用钛合金相变诱发的超塑性进行钛合金的固态焊接，接头强度接近基体强度。 4.1 同素异晶转变 1.高纯钛的β相变点为88 2.5℃，对成分十分敏感。在882.5℃发生同素异晶转变：α（密排六方）→β（体心立方），α相与β相完全符合布拉格的取向关系。 2.扫描电镜的取向成像附件技术（Orientation-Imaging Microscopy , OIM） 3.α/β界面相是一种真实存在的相，不稳定，在受热情况下发生明显变化，严重影响合金的力学性能。 4.纯钛的β→α转变的过程容易进行，相变是以扩散方式完成的，相变阻力和所需要的过冷度均很小。冷却速度大于每秒200℃时，以无扩散发生马氏体转变，试样表面出现浮凸，显微组织中出现针状α′。转变温度会随所含合金元素的性质和数量的不同而不同。 5.钛和钛合金的同素异晶转变具有下列特点： （1）新相和母相存在严格的取向关系 （2）由于β相中原子扩散系数大，钛合金的加热温度超过相变点后，β相长大倾向特别大，极易形成粗大晶粒。 （3）钛及钛合金在β相区加热造成的粗大晶粒，不像铁那样，利用同素异晶转变进行重结晶使晶粒细化。钛及钛合金只有经过适当的形变再结晶消除粗晶组织。 4.2 β相在冷却时的转变 冷却速度在410℃/s以上时，只发生马氏体转变；冷速在410～20℃/s时,发生块状转变；冷却继续降低，将以扩散型转变为主。 1.β相在快冷过程中的转变 钛合金自高温快速冷却时，视合金成分不同，β相可以转变成马氏体α′或α"、ω或过冷β等亚稳定相。 （1）马氏体相变 ①在快速冷却过程中，由于β相析出α相的过程来不及进行，但是β相的晶体结构，不易为冷却所抑制，仍然发生了改变。这种原始β相的成分未发生变化,但晶体结构发生了变化的过饱和固溶体是马氏体。 ②如果合金的溶度高，马氏体转变点M S降低至室温一下，β相将被冻结到室温，这种β相称过冷β相或残留β相。 ③若β相稳定元素含量少，转变阻力小，β相由体心立方晶格直接转变为密排六方晶格，这种具有六方晶格的过饱和固溶体称六方马氏体，以α′表示。 ④若β相稳定元素含量高，晶格转变阻力大，不能直接转变为六方晶格，只能转变为斜方晶格，这种具有斜方晶格的马氏体称斜方马氏体，以α′′表示。 ⑤马氏体相变是一个切变相变，在转变时，β相中的原子作集体的、有规律的进程迁移，迁移距离较大时形成六方α′相，迁移距离较小时形成斜方α′′相。 ⑥马氏体相变开始温度M S ；马氏体相变终了温度M f 。 ⑦钛合金中加入Al、Sn、Zr将扩大α相区，使β相变点升高；V、Mo、Mn、Fe、Cr、Cu、Si将缩小α相区（扩大β相区），使β相变点降低。 ⑧β相中原子扩散系数很大，钛合金的加热温度一旦超过β相变点，β相将快速长大成粗晶组织，即β脆性，故钛合金淬火的加热温度一般均低于其β相变点。 热处理是为了提高螺栓的综合力学性能，以满足产品规定的抗拉强度和屈强比。含碳量越高，钢的强度越高，塑性越低。锰能减少硫对钢的有害性。 紧固件热处理与网带炉操作 紧固件在机械构件中起到联接、定位以及密封等作用，其中高强度螺栓用量最大，材料的选用是保证质量的基础。热处理技术对高强度螺栓，尤其是它的内在质量至关重要。 高强度螺栓共有四个性能等级，即8.8、9.8、10.9和12.9级，而日本汽车企业标准则有（7T、8T、9T、10T、11T）等级别，这些级别则要进行热处理。热处理是为了提高螺栓的综合力学性能，以满足产品规定的抗拉强度和屈强比。 紧固件热处理与网带炉操作 1、高强度螺栓用钢高强度螺栓用钢材化学成分要求如下：碳是影响钢材塑性变形的最主要元素。含碳量越高，钢的强度越高，塑性越低。 含碳量越高，淬火加热温度越低，淬硬性提高，开裂和变形的倾向增 大。锰能减少硫对钢的有害性。 作为钢中常存元素，锰的提高可使钢的抗拉强度和屈服强度提高，淬透性增加。合金钢中CrMo和CrMoV两类钢更能满足在复杂条件下使用的高强度紧固件。 35CrMo、40Cr、42CrMo钢是在优质碳素结构钢中加入少量（不超过5%）合金元素而制成。钢的淬火性能基本上是由含碳量决定的，合金元素的强化作用可增加钢的淬透性，故这些钢适用于≥10T、10.9、11T级高强度紧固件。 2、热处理工艺制定原则高强度螺栓调质要获得良好综合机械性能的回火索氏体、回火托氏体组织，其前提是整体淬火时要保证心部得到马氏体组织。这与淬透性有着密切的关系。 淬透性是指钢经奥氏体化以后接受淬火的能力（或淬火时淬硬层深入钢件内部的能力）。同一牌号不同炼钢炉次的试样，其化学成分是允许在一定范围内波动的，尤其是SWRCH 35K钢会因为各钢厂在冶炼技术，标准及效益有所区别而不同。 因此，在热处理时要有所区别。对于高强度螺栓整个截面均匀承受载荷，至少应要求心部有90%以上马氏体，但对心部淬硬的螺栓来说， 合金磨削刀具-钛合金的切削加工 首页>行业信息>行业信息> 合金磨削刀具-钛合金的切削加工 摘要：文件地点传真-500kV世博输变电工程设备采购招标混凝土机械设备-我国混凝土泵车的研发趋势器 材行业企业-2008年是纺织机械发展预测除尘器粉尘气体-现代锅炉除尘设备简介控制器技术空调-我国将 制定变频控制器标准终结市场混乱新产品功能水平-中联环卫机械公司五款新产品通过验收波兰装配厂-扩 大欧洲市场份额徐工波兰装配厂落成叉车鸟巢开幕式-龙工叉车为奥运鸟巢极速“变装”出力(图)刀具加工 刀片-Kennametal公司推出KB9640新刀具工程机械企业-工程机械租赁业发展前景广阔1．钛合金可分为哪几类?钛是同素异构体，熔点为1720℃，在低于882℃时呈密排六方晶格结构，称为α钛；在882℃以 上呈体心立方品格结构，称为β钛。利用钛的上述两种结构的不同特点，添加适当的合金元素，使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金。室温下，合金,磨削,刀具,丝锥,切屑,砂轮,磨损,铰刀,硬质合金,温度, 1．钛合金可分为哪几类? 钛是同素异构体，熔点为1720℃，在低于882℃时呈密排六方晶格结构，称为α钛；在882℃以上呈体心立方品格结构，称为β钛。利用钛的上述两种结构的不同特点，添加适当的合金元素，使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金。室温下，钛合金有三种基体组织，钛合金也就分为以下三类： (1) α钛合金：它是α相固溶体组成的单相合金，不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下，均是α相，组织稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强。在500℃～600℃的温度下，仍保持其强度和抗蠕变性能，但不能进行热处理强化，室温强度不高。 (2) β钛合金：它是β相固溶体组成的单相合金，未热处理即具有较高的强度，淬火、时效后合金得到进一步强化，室温强度可达1372～1666 MPa；但热稳定性较差，不宜在高温下使用。 (3) α+β钛合金：它是双相合金，具有良好的综合性能，组织稳定性好，有良好的韧性、塑性和高温变形性能，能较好地进行热压力加工，能进行淬火、时效使合金强化。热处理后的强度约比退火状态提高50％～100％；高温强度高，可在400℃～500℃的温度下长期工作，其热稳定性次于α钛合金。 三种钛合金中最常用的是α钛合金和α+β钛合金；α钛合金的切削加工性最好，α+p钛合金次之，β钛合 金最差。α钛合金代号为TA，β钛合金代号为TB，α+β钛合金代号为TC。 2．钛合金有哪些性能和用途？ 钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1％，但其强度低、塑性高。99.5％工业纯钛的性能为：密度ρ=4.5g/cm3，熔点为1800℃，导热系数 λ=15.24W/(m.K)，抗拉强度σb=539MPa，伸长率δ=25％，断面收缩率ψ=25％，弹性模量E=1.078×105MPa，硬度HB195。 (1)比强度高：钛合金的密度一般在4.5g/cm3左右，仅为钢的60％，纯钛的强度接近普通钢的强度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料， 见表7-1，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零、部件。目前飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件 及起落架等都使用钛合金。 钛合金的切削加工及刀具设计 核心提示：分析了钛合金的相对可切削性,阐述了钛合金切削加工条件;以钛合金车加工和孔加工为例介绍了钛合金加工刀具的设计. 1.引言 钛及钛合金不仅是制造飞机、导弹、火箭等航天器的重要结构材料，而且在机械工程、海洋工程、生物工程及化学工程中的应用也日益广泛。如在阀门制造中，将不锈钢阀门与钛制阀门同时在酸性介质中使用，钛制阀门具有更好的使用寿命。 在钛中加入合金元素形成钛合金，其强度显着提高,σb可从350～700MPa提高到1200 MPa，因此在工业上应用钛合金的意义更具重要性。通常按使用状态下的组织将钛合金分为α钛合金（以TA表示）、β钛合金和（α+β）钛合金（以TC表示）三类，三种钛合金中最常用的是α钛合金和(α+β)钛合金。由于钛合金可切削性极差，因此给实际应用带来很多困难。笔者从钛合金的相对可切削性研究出发，根据多年生产经验提出较实用的刀具，供读者应用时参考。 2.钛合金可切削性的研究 若以45号钢的可切削性为100%，则钛合金的可切削性约为20～40%，其可切削性比不锈钢差，但比高温合金稍好。在钛合金中又按β型钛合金、α+β型钛合金、α型钛合金为序其可切削性逐步改善，而纯钛的可切削性最好。即在一般情况下，材料硬度愈高，加入合金元素越多，材料的可切削性越差。加工钛合金时，若材料硬度小于HB 300将会出现强烈粘刀现象，而硬度大于HB370时加工又极其困难，因此最好使钛合金材料的硬度在HB300～370之间。 2.1 钛合金切削机理的研究 （1）气体杂质的影响 各种气体杂质对于钛合金的可切削性有很大影响，其中最显着的是氧、氢和氮；钛合金的可切削性随着气体在钛合金中的含量增加而恶化。 钛合金铣削加工的技术要点 newmaker 与其他大多数金属材料加工相比，钛加工不仅要求更高，而且限制更多。这是因为钛合金所具有的冶金特性和材料属性可能会对切削作用和材料本身产生严重影响。但是，如果选择适当的刀具并正确加以使用，并且按照钛加工要求将机床和配置优化到最佳状态，那么就完全可以满足这些要求，并获得令人满意的高性能和完美结果。传统钛金属加工过程中碰到的许多问题并非不可避免，只要克服钛属性对加工过程的影响，就能取得成功。 钛的各种属性使之成为具有强大吸引力的零件材料，但其中许多属性同时也影响着它的可加工性。钛具备优良的强度-重量比，其密度通常仅为钢的60%。钛的弹性系数比钢低，因此质地更坚硬，挠曲度更好。钛的耐侵蚀性也优于不锈钢，而且导热性低。这些属性意味着钛金属在加工过程中会产生较高和较集中的切削力。它容易产生振动而导致切削时出现震颤；并且，它在切削时还容易与切削刀具材料发生反应，从而加剧月牙洼磨损。此外，它的导热性差，由于热主要集中在切削区，因此加工钛金属的刀具必须具备高热硬度。 稳定性是成功的关键所在 某些机加工车间发现钛金属难以有效加工，但这种观点并不代表现代加工方法和刀具的发展趋势。之所以困难，部分是因为钛金属加工是新兴工艺，缺少可借鉴的经验。此外，困难通常与期望值及操作者的经验相关，特别是有些人已经习惯了铸铁或低合金钢等材料的加工方式，这些材料的加工要求一般很低。相比之下，加工钛金属似乎更困难些，因为加工时不能采用同样的刀具和相同的速率，并且刀具的寿命也不同。即便与某些不锈钢相比，钛金属加工的难度也仍然要高。我们固然可以说，加工钛金属必须采取不同的切削速度和进给量以及一定的预防措施。其实与大多数材料相比，钛金属也是一种完全可直接加工的材料。只要钛工件稳定，装夹牢固，机床的选择正确，动力合适，工况良好，并且配备具有较短刀具悬伸的ISO 50主轴，则所有问题都会迎刃而解——只要切削刀具正确的话。 但在实际铣削加工中，钛金属加工所需的条件不容易全部满足，因为理想的稳定条件并不总是具备。此外，许多钛零件的形状复杂，可能包含许多细密或深长的型腔、薄壁、斜面和薄托座。要想成功加工这样的零件，就需要使用大悬伸、小直径刀具，这都会影响刀具稳定性。在加工钛金属时，往往更容易出现潜在的稳定性问题。 必须考虑振动和热 非理想环境还包含其它因素，其中之一就是大多数机床目前装配的是IS0 40主轴，如果高强度地使用机床，就无法长时间保持新刀状态。此外，如果零件结构较复杂的话，通常就不易有效夹紧。当然挑战还不止于此，切削工序有时必须用于全槽铣、侧削或轮廓铣削，所有这 首页>行业信息>行业信息> 合金磨削刀具-钛合金的切削加工 摘要：文件地点传真-上海500kV世博输变电工程设备采购招标混凝土机械设备-我国混凝土泵车的研发趋势器材行业企业-2008年是纺织机械发展预测除尘器粉尘气体-现代锅炉除尘设备简介控制器技术空调-我国将制定变频控制器标准终结市场混乱新产品功能水平-中联环卫机械公司五款新产品通过验收波兰装配 厂徐州-扩大欧洲市场份额徐工波兰装配厂落成叉车鸟巢开幕式-龙工叉车为奥运鸟巢极速“变装”出力(图)刀具加工刀片-Kennametal公司推出KB9640新刀具工程机械企业-工程机械租赁业发展前景广阔1．钛合金可分为哪几类?钛是同素异构体，熔点为1720℃，在低于882℃时呈密排六方晶格结构，称为α钛；在882℃以上呈体心立方品格结构，称为β钛。利用钛的上述两种结构的不同特点，添加适当的合金元素，使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金。室温下，合金,磨削,刀具,丝锥,切屑,砂轮,磨损,铰刀,硬质合金,温度, 1．钛合金可分为哪几类? 钛是同素异构体，熔点为1720℃，在低于882℃时呈密排六方晶格结构，称为α钛；在882℃以上呈体心立方品格结构，称为β钛。利用钛的上述两种结构的不同特点，添加适当的合金元素，使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金。室温下，钛合金有三种基体组织，钛合金也就分为以下三类： (1) α钛合金：它是α相固溶体组成的单相合金，不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下，均是α相，组织稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强。在500℃～600℃的温度下，仍保持其强度和抗蠕变性能，但不能进行热处理强化，室温强度不高。 (2) β钛合金：它是β相固溶体组成的单相合金，未热处理即具有较高的强度，淬火、时效后合金得到进一步强化，室温强度可达1372～1666 MPa；但热稳定性较差，不宜在高温下使用。 (3) α+β钛合金：它是双相合金，具有良好的综合性能，组织稳定性好，有良好的韧性、塑性和高温变形性能，能较好地进行热压力加工，能进行淬火、时效使合金强化。热处理后的强度约比退火状态提高50％～100％；高温强度高，可在400℃～500℃的温度下长期工作，其热稳定性次于α钛合金。 三种钛合金中最常用的是α钛合金和α+β钛合金；α钛合金的切削加工性最好，α+p钛合金次之，β钛合金最差。α钛合金代号为TA，β钛合金代号为TB，α+β钛合金代号为TC。 2．钛合金有哪些性能和用途？ 钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过％，但其强度低、塑性高。％工业纯钛的性能为：密度ρ=cm3，熔点为1800℃，导热系数λ=，抗拉强度 σb=539MPa，伸长率δ=25％，断面收缩率ψ=25％，弹性模量E=×105MPa，硬度HB195。 (1)比强度高：钛合金的密度一般在cm3左右，仅为钢的60％，纯钛的强度接近普通钢的强度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料，见表7-1，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零、部件。目前飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。 (2)热强度高：对于α钛合金，在350℃时TA6的巩达422MPa、TA7的σb达491MPa，在500℃时TA8的σb达687MPa；对于α+β钛合金，在400℃时TC4的σb达618MPa、TC10的σb达834 MPa，在450℃时TC6和TC7的σb均达589MPa、TC8的σb达706MPa，在500℃时TC9的σb达785MPa。这两类钛合金在150℃～500℃范围内仍有很高的比强度，而铝合金在150℃时比强度明显下降。钛合金的工作温度可达500℃，铝合金则在200℃以下。 第4章钛合金的相变及热处理 可以利用钛合金相变诱发的超塑性进行钛合金的固态焊接，接头强度接近基体强度。 4.1 同素异晶转变 1.高纯钛的β相变点为88 2.5℃，对成分十分敏感。在882.5℃发生同素异晶转变：α（密排六方）→β（体心立方），α相与β相完全符合布拉格的取向关系。 2.扫描电镜的取向成像附件技术（Orientation-Imaging Microscopy , OIM） 3.α/β界面相是一种真实存在的相，不稳定，在受热情况下发生明显变化，严重影响合金的力学性能。 4.纯钛的β→α转变的过程容易进行，相变是以扩散方式完成的，相变阻力和所需要的过冷度均很小。冷却速度大于每秒200℃时，以无扩散发生马氏体转变，试样表面出现浮凸，显微组织中出现针状α′。转变温度会随所含合金元素的性质和数量的不同而不同。 5.钛和钛合金的同素异晶转变具有下列特点： （1）新相和母相存在严格的取向关系 （2）由于β相中原子扩散系数大，钛合金的加热温度超过相变点后，β相长大倾向特别大，极易形成粗大晶粒。 （3）钛及钛合金在β相区加热造成的粗大晶粒，不像铁那样，利用同素异晶转变进行重结晶使晶粒细化。钛及钛合金只有经过适当的形变再结晶消除粗晶组织。 4.2 β相在冷却时的转变 冷却速度在410℃/s以上时，只发生马氏体转变；冷速在410～20℃/s时,发生块状转变；冷却继续降低，将以扩散型转变为主。 1.β相在快冷过程中的转变 钛合金自高温快速冷却时，视合金成分不同，β相可以转变成马氏体α′或α"、ω或过冷β等亚稳定相。 （1）马氏体相变 ①在快速冷却过程中，由于β相析出α相的过程来不及进行，但是β相的晶体结构，不易为冷却所抑制，仍然发生了改变。这种原始β相的成分未发生变化,但晶体结构发生了变化的过饱和固溶体是马氏体。 ②如果合金的溶度高，马氏体转变点M S降低至室温一下，β相将被冻结到室温，这种β相称过冷β相或残留β相。 ③若β相稳定元素含量少，转变阻力小，β相由体心立方晶格直接转变为密排六方晶格，这种具有六方晶格的过饱和固溶体称六方马氏体，以α′表示。 ④若β相稳定元素含量高，晶格转变阻力大，不能直接转变为六方晶格，只能转变为斜方晶格，这种具有斜方晶格的马氏体称斜方马氏体，以α′′表示。 ⑤马氏体相变是一个切变相变，在转变时，β相中的原子作集体的、有规律的进程迁移，迁移距离较大时形成六方α′相，迁移距离较小时形成斜方α′′相。 ⑥马氏体相变开始温度M S ；马氏体相变终了温度M f 。 ⑦钛合金中加入Al、Sn、Zr将扩大α相区，使β相变点升高；V、Mo、Mn、Fe、Cr、Cu、Si将缩小α相区（扩大β相区），使β相变点降低。 ⑧β相中原子扩散系数很大，钛合金的加热温度一旦超过β相变点，β相将快速长大成粗晶组织，即β脆性，故钛合金淬火的加热温度一般均低于其β相变点。 ⑨β相稳定元素含量越高，相变过程中晶格改组的阻力就越大，因而转变所需 高强度紧固件的材料选择与热处理一．12.9级高强度螺栓 1．12.9级高强度螺栓的国家标准： 我国12.9级高强度螺栓生产量很少，因为我国的材料牌号及钢铁冶炼体系发展滞后，没有相匹配的材料牌号，只有比较接近的材料品种。在GB/T 3098.1—2000标准中的表2，可以看出端倪。认真解读12.9级螺栓的注解（6）、（8）、（9）可以得出一些信息。 注解：（6）材料要有良好的淬透性，保证紧固件截面在淬火后，回火前获得90%的马氏体组织。注意是在淬火后获得90%马氏体组织。 （8）12.9级金相组织不能检出白色磷聚焦层（冷脆）。 （9）该等级的回火温度及化学成份尚在调研中（热处理和材料在讨论研究中）。 从中可以看出我国对12.9级高强度螺栓生产没有充分把握，不提倡积极地生产。 据了解：我国工程上采用的12.9级的螺栓，以进口居多。 2．42CrMo类型的几种材料分析对比： 普通42CrMo能够达到12.9级的强度要求，在机械性能四项指标的测量中，强度类指标容易达标，断后伸长率8%，断面收缩率44%达到标准，有一定难度，主要是强度与韧性的配合问题；如果12.9级有冲击韧性要求，更难达到要求，12.9级产品对材料要求很高，普通的42CrMo的材料难以达到。一般可采用42CrMo（B7），42CrMoA的材料。我们认真对着照分析了42CrMo几种公司采用的不同的材料，其中的化学成分的组成（见图表一）。 图表一：42CrMo类型化学成分的组成 （1）42CrMo与B7的对比分析 B7是美国牌号的钢材，与我国的42CrMo的化学组成相类似，但是存在着微小差别，这些微小的差别，却影响了产品的性能。 钼的含量 我国钢材42CrMo与B7材料，标准规定的含Mo量都是在0.15~0.25%范围内，但美国B7 钛合金以优异的综合力学性能、低密度以及良好的耐腐蚀性，被誉为是一种使人类走向太空时代的战略性金属材料，不仅在航空航天及军工领域得到广泛的使用，而且开始逐渐渗透到经济生活的各个方面。随着中国航空航天事业的发展，钛合金的加工技术受到更多的关注和研究。 钛合金的分类 钛合金按照不同的方法有不同的分类，最常用的分类方法是按退火后组织特点分类，可分成α、α+β、β型钛合金[1-4]。 α型钛合金密度小，有很好的热强性和热稳定性，焊接性能好，室温、超低温和高温性能良好，但不能进行热处理强化。例如TiAl在600℃时，仍然有很高的强度，而且蠕变性能、热稳定性、疲劳性能和断裂韧性等方面都有好的表现，常用于喷气发动机涡轮盘和叶片的制造。 图1钛合金航空发动机叶轮 α+β型钛合金双相合金，组织稳定，韧性、塑性和高温变形性能随着β相稳定元素的增加而提高；有较好的热压力加工性，能进行淬火时效使合金强化，热处理后的强度约比退火状态提高50％~100％；高温强度高，可在400~500℃的温度下长期工作，其热稳定性次于α钛合金。α+β型钛合金中Ti-6Al-4V(中国牌号TC4)是钛合金中使用量最大的钛合金，在美国，其产量占钛合金产量一半以上，以其优良的综合力学性能和切削加工性大量用于航空零件制造[5-9]。图1为钛合金航空发动机叶轮。 β钛合金是β相固溶体组成的单相合金，室温的强度较高，冷加工和冷成型加工能力强，未热处理即具有较高的强度，淬火时效后合金强度得到进一步强化，室温强度可达1372~1666MPa；但热稳定性较差，不宜在高温下使用[10-13]。 钛合金切削加工的特点 钛合金本身所具有的物理和化学性能给切削加工带来了困难，具体表现有以下6点。 (1)钛合金的导热性差，是不良导热体金属材料。由于导热、导温系数小，是45号钢的1/6，所以在加工时所产生的高热量不能有效扩散，同时刀具的切削刃和切屑的接触长度短，使热量大量聚集在切削刃上，温度急剧上升，导致刀刃的红硬性下降，刀刃软化，加快刀具磨损[14]。 (2)钛合金的亲和力大。钛合金在加工中黏刀现象严重。增大了刀体与工件的摩擦，摩擦导致大量的热，降低了刀具的使用寿命。 (3)高的化学活性。在加工中，随着切屑温度的升高，容易与空气中的O、N、CO、CO2、H2O等发生反应，使间隙元素O、N的含量增加，工件的表面氧化变硬，难以加工，增大了刀具单位面积上所承受的切削力，刀尖应力变大，同时使前刀面和后刀面与工件的摩擦加 钛合金及其热解决工艺简述 宝鸡钛业股份有限公司：杨新林 摘要：本文对钛及其合金基本信息进行了简要简介，对钛几类固溶体划分进行了简述，对钛合金固态相变也进行了概述。重点概述了钛合金热解决类型及工艺，为之后生产实习中对钛合金热解决工艺结识提供指引。 核心词：钛合金，热解决 1 引言 钛在地壳中蕴藏量位于构造金属第四位,但其应用远比铜、铁、锡等金属滞后。钛合金中溶解少量氧、氮、碳、氢等杂质元素,使其产生脆性,从而妨碍了初期人们对钛合金开发和运用。直至二十世纪四五十年代,随着英、美及苏联等国钛合金熔炼技术改进和提高,钛合金应用才逐渐开展[5]。 纯钛熔点为1668℃,高于铁熔点。钛在固态下具备同素异构转变,在882.5℃以上为体心立方晶格β相,在882.5℃如下为密排六方晶格α相。钛 合金依照其退火后室温组织类型进行分类,退火组织为α相钛合金记为TAX,也 称为α型钛合金；退火组织为β相钛合金记为TBX,也称为β型钛合金；退火组织为α+β两相钛合金记为TCX,也称为α+β型钛合金,其中“X”为顺序号。国内当前钛合金牌号已超过50个,其中TA型26个,TB型8个以上,TC型15个以上[5]。 钛合金具备如下特点： （1）与其她合金相比,钛合金屈强比很高,屈服强度与抗拉强度极为接近； （2）钛合金密度为4g/cm3,大概为钢一半,因而,它具备较高比强度； （3）钛合金耐腐蚀性能优良,在海水中其耐蚀性甚至比不锈钢还要好； （4）钛合金导热系数小,摩擦系数大,因而机械加工性不好； （5）在焊接时,钛合金焊缝金属和高热影响区容易被氧、氢、碳、氮等元素污染,使接头性能变坏。 在熔炼和各种加工过程完毕之后,为了消除材料中加工应力，达到使用规定性能水平，稳定零件尺寸以及去除热加工或化学解决过程中增长有害元素(例如氢)等,往往要通过热解决工艺来实现。钛合金热解决工艺大体可分为退火、固溶解决和时效解决三个类型。由于钛合金高化学活性,钛合金最后热解决普通在真空条件下进行。热解决是调节钛合金强度重要手段之一。 2 钛合金合金化特点 钛合金性能由Ti同合金元素间物理化学反映特点来决定，即由形成固溶体和化合物特性以及对α?β转变影响等来决定。而这些影响又与合金元素原子尺寸、电化学性质（在周期表中相对位置）、晶格类型和电子浓度等关于。但作为Ti合金与其他有色金属如Al、Cu、Ni 等比较，尚有其独有特点，如：（1）运用Tiα?β转变，通过合金化和热解决可以随意得到α、α+β和β相组织； （2）Ti是过渡族元素，有未填满d电子层，能同原子直径差位于±20％以内置换式元素形成高浓度固溶体； 钛合金知识 ［作者：本站点击次数：353 更新时间：2010-2-24 ］ 钛合金是以钛为基加入其他元素组成的合金。钛有两种同质异晶体：882℃以下为密排六方结构α钛，882℃以上为体心立方的β钛。 合金元素根据它们对相变温度的影响可分为三类： ①稳定α相、提高相转变温度的元素为α稳定元素,有铝、碳、氧和氮等。其中铝是钛合金主要合金元素，它对提高合金的常温和高温强度、降低比重、增加弹性模量有明显效果。 ②稳定β相、降低相变温度的元素为β稳定元素，又可分同晶型和共析型二种。前者有钼、铌、钒等；后者有铬、锰、铜、铁、硅等。 ③对相变温度影响不大的元素为中性元素，有锆、锡等。 氧、氮、碳和氢是钛合金的主要杂质。氧和氮在α相中有较大的溶解度,对钛合金有显著强化效果,但却使塑性下降。通常规定钛中氧和氮的含量分别在0.15～0.2％和0.04～0.05％以下。氢在α相中溶解度很小,钛合金中溶解过多的氢会产生氢化物，使合金变脆。通常钛合金中氢含量控制在0.015％以下。氢在钛中的溶解是可逆的，可以用真空退火除去。 钛合金的分类 钛是同素异构体，熔点为1720℃，在低于882℃时呈密排六方晶格结构，称为α钛；在882℃以上呈体心立方品格结构，称为β钛。利用钛的上述两种结构的不同特点，添加适当的合金元素，使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金（titanium alloys）。室温下，钛合金有三种基体组织，钛合金也就分为以下三类：α合金,(α+β)合金和β合金。中国分别以TA、TC、TB表示。 α钛合金 它是α相固溶体组成的单相合金，不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下，均是α相，组织稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强。在500℃～600℃的温度下，仍保持其强度和抗蠕变性能，但不能进行热处理强化，室温强度不高。 β钛合金 它是β相固溶体组成的单相合金，未热处理即具有较高的强度，淬火、时效后合金得到进一步强化，室温强度可达1372～1666 MPa；但热稳定性较差，不宜在高温下使用。 α+β钛合金 它是双相合金，具有良好的综合性能，组织稳定性好，有良好的韧性、塑性和高温变形性能，能较好地进行热压力加工，能进行淬火、时效使合金强化。热处理后的强度约比退火状态提高50％～100％；高温强度高，可在400℃～500℃的温度下长期工作，其热稳定性次于α钛合金。 三种钛合金中最常用的是α钛合金和α+β钛合金；α钛合金的切削加工性最好，α+β钛合金次之，β钛合金最差。α钛合金代号为TA，β钛合金代号为TB，α+β钛合金代号为TC。 钛合金按用途可分为耐热合金、高强合金、耐蚀合金（钛-钼，钛-钯合金等）、低温合金以及特殊功能合金（钛-铁贮氢材料和钛-镍记忆合金）等。典型合金的成分和性能见表。 航空航天用钛合金的切削加工现状及发展趋势 钛合金在航空航天工业和其他工业部门有着广泛的应用前景。随着科学技术的不断进步和我国国民经济的快速发展，作为“崛起的第三代金属”钛工业必将大有作为。 航空航天用钛合金的特点及应用 作为航空航天领域不断兴起的材料，钛合金有以下优势[1-3] ： (1 )比强度高。钛合金具有很高的强度，其抗拉强度为686~1176MPa ，而密度仅为钢的 60% 左右，所以比强度很高。 ( 2 )高温性能优良。钛合金在高温下仍能保持良好的机械性能，其耐热性远高于铝合金，且工作温度范围较宽。 (3)抗腐蚀性强。在550 C以下的空气中，钛表面会迅速形成薄而致密的氧化钛膜，其耐蚀性优于大多数不锈钢。 在航空工业领域，钛合金主要用于制造喷气发动机的压气机盘、涡轮盘、叶片、机匣等，以及诸如大型主起落架支撑梁、机身后段及转向梁等结构件[4] 。因钛合金具有比强度高和耐高温特点，用于制造飞机发动机和机体能够有效地提高发动机推重比和机体机构效率，有利于缓解热障现象[5]。近年来军用飞机上所用钛合金材料的比例正在不断增加[6] ，钛合金材 料的应用水平已成为衡量飞机先进性的重要标志之一。美国第四代战斗机的F-22 的机体主要承力材料大量采用钛64( Ti-6Al-4V )，约占机身总质量的36% ，钛62222 主要用于发动机周围蒙皮机构及发动机框架，约占机身总质量的3%[7] 。在民用飞机方面，钛合金的应用也较为广泛。在波音777 上大约采用了11%的钛结构，其平面钛箔的用量将达到12247 kg[8] 。在航天工业领域，钛合金主要用于制造耐高温和低温零件 [9]。如上海钢铁研究所的7 715D 用于DFH-3 卫星的FY-25 型远地点发动机喷注器；俄罗斯的BT37 合金广泛应用于宇航工业形状复杂的低温管路系统。 航空航天用钛合金的切削加工现状 航空航天用钛合金零部件主要有两类。一类是复杂曲面，如叶轮、涡轮盘和叶片等，实际生 产中采用多轴数控加工。图1 中采用多轴铣削加工的钛合金涡轮即为复杂曲面。另一类是薄壁框型件，如大型框、梁和壁板等多采用铣削加工。图2 中采用立铣加工的钛合金壁板是典型的薄壁框型件。上述两种工件的加工都必须从整块坯料中去除大量的材料，而钛合金 的切削加工性较差，其工件的加工成本占工件总成本的比重很大。切削加工困难是导致钛合金零件价格高昂的重要因素。 第一章基本知识 1.螺纹: 在零件表面上加工的螺纹称为外螺纹. 在零件内表面上加工的螺纹称为内螺纹. 2.螺纹按用途可以分为：连接螺纹(普通螺纹和管螺纹)和传动螺纹(梯形螺纹和锯齿形螺纹). 3.螺纹加工方法: 用车床加工,先用钻头钻孔,再用丝锥加工内螺纹. 4.螺纹的结构要素: 4.1牙型: 通过螺纹轴线断面上的螺纹轮廓形状称为牙型.常见有三角,梯形,矩形,锯形螺纹. 4.2直径: 大径, 中径, 小径. (公称直径一般指大径) 4.3线数: 单线螺纹和多线螺纹之分.（主要是从线的出口来区分.单线导程=螺距. 多线导程=螺距x 线数.） 4.4螺距: 相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离称为螺距 4.5导程: 同一螺线上的相邻两牙在中径线上对应两点的轴向距离称为导程. 4.6旋向: 左旋螺纹和右旋螺纹,顺时针旋入的螺纺是右旋,逆时钟旋入的螺纹是左旋螺纹.(工程常用右旋螺纹) 5.螺纹标识 5.1普通螺纹: 特征代号公称直径x 螺距,旋向M30 X2 5.2锯齿螺纹: 特征代号公称直径: B40x7-7e 5.3梯形螺纹: 特征代号公称直径: Tr40 x 14 (P7) LH-8e-L 5.4管螺纹:特征代号,尺寸代号,旋向(Rc1) 6.螺纹种类: 开槽圆柱头螺钉,圆柱头内六角螺钉,沉头十字槽螺钉,开槽紧定螺钉, 六角头螺栓,双头螺柱, 六角螺母,六角开槽螺母,平垫圈, 弹簧垫圈. 7.螺丝是总称,螺栓要配合螺母使用,螺钉不用. 螺柱有双头螺柱,没有螺帽. 8.紧定螺钉:又称支头螺丝,定位螺丝.用途:专供固定机件相对位置用的一种螺钉使用时,把紧定螺钉旋入待固定的机件的螺孔中,以螺钉的 未端紧压在另一机件的表面上,即使前一机件固定在后一机件上 9.粗牙和细牙的区别:螺距大小不同，粗牙螺距大，细牙小; 1、细牙的螺旋升角更小，更利于螺纹的自锁，所以细牙一般用在需要防 松动的地方。2、细牙螺纹螺距小，在相同的螺纹长度上，旋入的牙数更多，即可以起到降低流体泄露的作用，因此用在需要密封的场合。3、粗牙螺纹相同长度牙数少，每一牙的截面尺寸更大，受力好，更适合于承受较大的拉力及冲击力。4、细牙螺纹也应为螺距小的优点可以起到微调的作用。 10.所谓粗牙螺纹，就是标准螺纹，在螺纹的国家标准中可以查到，一般我们外面可以买到的螺钉螺栓都是粗牙螺纹，与细牙螺纹相比， 粗牙螺纹具有强度高，互换性好的特点被广泛使用，应作为最优选择。细牙螺纹是相对粗牙螺纹来说的，也是有标准可查的，具体可以查阅机械设计手册。设计时尽量选用标准规格，细牙螺纹具有占空间尺寸小，自锁性好，大多用于受力不大，可以精确调整的地方. 11.粗牙和细牙的区别:螺距大小不同，粗牙螺距大，细牙小; 1、细牙的螺旋升角更小，更利于螺纹的自锁，所以细牙一般用在需要防松动 的地方。2、细牙螺纹螺距小，在相同的螺纹长度上，旋入的牙数更多，即可以起到降低流体泄露的作用，因此用在需要密封的场合。 3、粗牙螺纹相同长度牙数少，每一牙的截面尺寸更大，受力好，更适合于承受较大的拉力及冲击力。 4、细牙螺纹也应为螺距小的 优点可以起到微调的作用。 12.齿轮: 圆柱齿轮,圆锥齿轮,蜗杆蜗轮 13.键: 用于轴和轴上零件之间的轴向联结,以传递扭矩和运动.分为普通平键,半圆键,钩头楔键. 14.销: 用来固定零件之间的相对位置,起定位作用.常用的圆柱梢和圆锥梢(45#) 15.弹簧:用于缓冲,减振,夹紧,测力以储存能量.(按用途可以分为压缩,拉伸,扭力弹簧) 16.滚动轴承: 根据承受载荷方向不同,可分为以下三类: 16.1向心轴承: 主要承受径向载荷 16.2推力轴承: 主要承受轴向载荷 16.3向心推力轴承: 同时承受轴向和径向载荷. 第二章产品分类 一.螺纹分类: 1.普通螺纹: 米制规格紧固件用螺纹. M24X1.5-LH 公称直径为24mm,螺距1.5mm, 细牙左旋. 2.惠氏螺纹: 英制规格紧固件用螺纹. 3/8”-16BSW 公称直径为3/8”,每英寸16牙的粗牙惠氏螺纹 3.统一螺纹: 美制规格紧固件用螺纹. 1/2”-13UNC 公称直径为1/2”,每英寸13牙的粗牙统一螺纹. 二.材料与性能等级: 一，钛合金大类综述 钛合金具有强度高而密度又小，机械性能好，韧性和抗蚀性能很好。另外，钛合金的 工艺性能差，切削加工困难，在热加工中，非常容易吸收氢氧氮碳等杂质。还有抗磨 性差，生产工艺复杂。 钛合金是航空航天工业中使用的一种新的重要结构材料，比重、强度和使用温度介于 铝和钢之间，但比强度高并具有优异的抗海水腐蚀性能和超低温性能。钛合金主要用 于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。 室温下，钛合金有三种基体组织，钛合金也就分为以下三类：a合金,(a + 合金和3 合金。中国分别以TA、TC、TB表示。 钛合金性能特点： ① 使用温度高，在中等温度下仍能保持所要求的强度，可在450?500C的 温度下长期工作。② 钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远 优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。但钛对具有还原性氧 及铬盐介质的抗蚀性差。③钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。低温性能好，间隙元素极低的钛合金,如TA7,在-253C下还能保持一定的塑性。因此，钛合金也是一种重要的低温结构材料。 二，典型牌号分析 三，难加工原因 钛合金的硬度大于HB350时切削加工特别困难，小于HB300时则容易出现粘刀现象， 也难于切削。 ①，变形系数小：这是钛合金切削加工的显著特点，变形系数小于或接近于1。切屑 在前刀面上滑动摩擦的路程大大增大，加速刀具磨损。 ②，切削温度高：由于钛合金的导热系数很小，切屑与前刀面的接触长度极短，切削 时产生的热不易传出，集中在切削区和切削刃附近的较小范围内，切削温度很高。 在相同的切削条件下，切削温度可比切削45号钢时高出一倍以上。 ③，单位面积上的切削力大：主切削力比切钢时约小20%，由于切屑与前刀面的接触 长度极短，单位接触面积上的切削力大大增加，容易造成崩刃。同时，由于钛合 金的弹性模量小，加工时在径向力作用下容易产生弯曲变形，引起振动，加大刀 具磨损并影响零件的精度。因此，要求工艺系统应具有较好的刚性。 ④，冷硬现象严重：由于钛的化学活性大，在高的切削温度下，很容易吸收空气中的 氧和氮形成硬而脆的外皮；同时切削过程中的塑性变形也会造成表面硬化。冷硬 现象不仅会降低零件的疲劳强度，而且能加剧刀具磨损，是切削钛合金时的一个 很重要特点。 ⑤，刀具易磨损：毛坯经过冲压、锻造、热轧等方法加工后，形成硬而脆的不均匀外 皮，极易造成崩刃现象，使得切除硬皮成为钛合金加工中最困难的工序。另外，由于钛合金对刀具材料的化学亲和性强，在切削温度高和单位面积上切削力大的 条件下，刀具很容易产生粘结磨损。 四，拟采取的措施 1，刀具材料 切削加工钛合金应从降低切削温度和减少粘结两方面出发，选用红硬性好、抗弯强度 高、导热性能好、与钛合金亲和性差的刀具材料，YG类硬质合金比较合适。常用的 硬质合金刀具材料有YG8、YG3、YG6X、YG6A、813、643、YS2T 和YD15 等。 2，刀具几何参数钛合金热处理
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第四章-钛合金的相变及热处理
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