钛合金的热处理基本原理(一)
钛合金的热处理基本
1. 什么是钛合金的热处理？
钛合金是一种轻巧、高强度、耐腐蚀的金属材料。然而，由于钛合金的制造过程中可能会导致材料内部存在一些不稳定晶相或缺陷，因此需要进行热处理。热处理是通过加热和冷却的不同方式改变钛合金的晶体结构和性能，以达到所需的材料性能。本文将介绍钛合金热处理的基本原理和常用方法。
2. 钛合金的热处理原理
钛合金的热处理原理基于以下两个基本原则：
固溶处理原理
固溶处理是指将钛合金加热至其固溶温度以上，使合金中的溶质原子均匀地溶解在基体晶格中。通过固溶处理，可以消除钛合金中的不稳定相，提高合金的强度和塑性。
相变处理原理
相变处理是指在固溶处理的基础上，通过控制冷却速度使钛合金的晶体结构发生相变。相变处理可以改变钛合金的晶体结构和晶界形貌，从而调整其力学性能和耐腐蚀性能。
钛合金的热处理方法主要包括固溶处理和时效处理两种。下面将分别介绍这两种方法：
固溶处理
固溶处理是钛合金热处理的基础步骤，它可以消除钛合金中的不稳定相和缺陷，提高合金的强度和塑性。固溶处理的具体步骤如下：•加热：将钛合金加热至其固溶温度以上，一般在摄氏度范围内。•保温：保持合金在固溶温度下足够长的时间，使溶质原子充分溶解在基体中。
•冷却：迅速冷却合金至室温，固定溶质原子在基体中。
时效处理
时效处理是在固溶处理的基础上进行的钛合金热处理方法，通过控制冷却速度，使合金的晶体结构发生相变，从而调整其力学性能和耐腐蚀性能。时效处理的具体步骤如下：
•固溶处理：按照固溶处理的方法对钛合金进行加热和冷却处理。•时效处理：将处理过的钛合金再次加热至合金中存在的稳定相的温度，并保持一段时间。
•冷却：迅速冷却合金至室温，固定相变后的晶体结构。
钛合金的热处理广泛应用于航空航天、汽车、医疗器械等领域。
通过热处理，可以增加钛合金的强度和保持其良好的耐腐蚀性能，提
高材料的使用寿命。
5. 结论
钛合金热处理是一种重要的材料加工方法，通过固溶处理和时效
处理可以调整钛合金的晶体结构和性能。钛合金的热处理方法在材料
科学领域有着广泛的应用前景，有助于提高钛合金的力学性能和耐腐
蚀性能，满足不同领域的工程需求。
6. 钛合金热处理的优势
钛合金的热处理具有许多优势，使其成为广泛应用于不同领域的
材料加工方法之一。
•提高强度和塑性：通过固溶处理消除不稳定相和缺陷，可以提高钛合金的强度和塑性，使其具有更好的耐久性和承载能
力。
•调整晶界形貌：相变处理可以改变钛合金的晶界形貌，优化其力学性能和耐腐蚀性能。
•提高耐腐蚀性能：热处理可以消除钛合金中的腐蚀敏感相，提高其耐腐蚀性能，使其更适应恶劣的工作环境。
•优化材料微观结构：热处理可以使钛合金的微观结构更加均匀，消除内部应力和缺陷，提高材料的韧性和可靠性。
7. 未来发展趋势
随着科技的不断进步，钛合金热处理方法也在不断发展和改进。未来的发展趋势主要包括以下几个方面：
•先进的热处理工艺：研究人员将不断探索新的热处理工艺，以提高钛合金的力学性能和耐腐蚀性能。例如，复合热处理、高温变形处理等。
•热处理与其他材料加工方法的结合：研究人员将钛合金热处理与其他材料加工方法结合，如表面处理、冷变形等，以进一步提高钛合金的综合性能。
•智能化热处理技术：随着人工智能和自动化技术的发展，研究人员将开发智能化的热处理技术，实现精确控制和优化热处理过程。
8. 结语
钛合金的热处理是一种重要的材料加工方法，通过固溶处理和时效处理可以调整钛合金的晶体结构和性能。热处理可以提高钛合金的强度、塑性和耐腐蚀性能，使其更适用于航空航天、汽车、医疗器械等领域。随着科技的不断发展，钛合金热处理方法将继续进步，为各行各业提供更优质的材料解决方案。
钛合金热处理 概述 钛合金是一种具有轻质、高强度、耐腐蚀性好等优点的重要结构材料。然而，钛合金的性能还受到热处理工艺的影响。本文将介绍钛合金热处理的基本概念、常见工艺以及热处理后钛合金的性能变化。 热处理工艺 钛合金的热处理工艺主要包括退火、时效处理和固溶处理等。下面将详细介绍每种热处理工艺的原理和步骤。 退火 退火是钛合金常用的热处理工艺之一，通过加热和持温使材料晶粒长大，消除应力和改善材料的机械性能。退火的具体步骤如下： 1.加热：将钛合金材料放入炉中，以逐渐升高温度的 方式进行加热。
2.保温：在达到合适的退火温度后，保持材料在该温 度下一定的时间。 3.冷却：将材料从炉中取出，在大气中自然冷却至室 温。 时效处理 时效处理是通过合理的时间和温度控制，使合金中的相发生相互转变，提高材料的硬度、强度和耐蚀性。时效处理的步骤如下： 1.固溶处理：将预处理好的钛合金材料加热至固溶温 度，保持一定时间，使溶解相均匀分布。 2.快速冷却：迅速将材料从固溶温度快速冷却至较低 温度，比如水淬或油淬。 3.时效处理：将快速冷却后的材料再次加热至时效温 度，保持一定时间，使相转变发生。 固溶处理 固溶处理是将固溶体加热至一定温度，使其中的溶质完全溶解，然后通过快速冷却将其固定。固溶处理的步骤如下：
1.加热：将钛合金材料放入炉中，以逐渐升高温度的 方式进行加热至固溶温度。 2.保温：在固溶温度下保持一定的时间，使溶质彻底 溶解。 3.快速冷却：迅速将材料从固溶温度快速冷却至较低 温度，比如水淬或油淬。 热处理后钛合金的性能变化 钛合金经过热处理后，其性能会发生一系列变化，主要包 括硬度、强度和耐蚀性等。以下是热处理对这些性能的影响：硬度 通过固溶处理和时效处理，钛合金的硬度可以显著提高。 固溶处理可以使固溶体中的溶质溶解，消除溶质对晶格的影响，提高硬度。时效处理则可以通过相转变的方式使钛合金的硬度进一步增加。
在600 C 左右进行热处理并迅速淬火来增加TiAl3 合金的强度，强化的主要机制是时效増强。时效增强的特点是淬火温度越高，増强的效果就越好，但由于此合金的复合材料包含碳纤维，当温度超过某个临界温度（约700C)时，就会在介面形成金属碳化物，这使得碳纤维的增强效果大大减弱，所以最佳的淬火温度应在600 C 左右，且淬火的时间不宜太长或太短。太短组分不够均匀，空穴浓度不够高，硬化微区的浓度不够高。太长也会在介面形成金属碳化物，所以最佳的淬火时间应该是2小时左右。 钛合金锻件热处理中的淬火、时效工艺介绍如下： 1.淬火 淬火是时效处理前的预备工序，其目的是通过淬火获得某种不稳定组织，这种不稳定组织在随后时效过程中发生分解或析出，形成沉淀硬化，以提高合金的强度。 钛合金淬火应分为无相变淬火和相变淬火两种类型。 无相变淬火过程实质是把金属在较高温度下固有的状态保持到低温，并由此形成过饱和固溶体。钛合金的无相变淬火既可由β区进行(β合金)，也可由(α+β)区进行。 钛合金的相变淬火或马氏体淬火同样可由β区或(α+β)区进行，主要特点是可使钛合金发生马氏体转变并形成α′和α″。 淬火后的室温组织形态主要取决淬火加热温度和冷却温度。(α+β)合金在(α+β)区上部加热淬火时，得到了马氏体相，而从(α+β)区下部淬火则得到不稳定β相。 对于β型合金情况稍有不同，为了经过淬火处理后获得单一介稳β相组织，以改善合金的工艺塑性，合金的加热温度高于临界点TB。另外，为保证时效后达到更高的强度也需采用高温淬火。再考虑到β型合金合金化程度高，临界点低(如TB1及TB2合金的TB=750℃，而(α+β)型的TC4合金TB则高达980～1000℃)，因此，在稍高于临界点的β区加热后并不致于导致严重的脆性。鉴于上述原因，国产β型合金TB1及TB2均在高于TB温度下淬火处理。 (α+β)型合金淬透性差，如TC4为25mm，TC6为40mm，故只适合小尺寸零件。β型合金TB1及TB2的淬透性较高，可达150～200mm，一般尺寸的零件在空冷的条件也可获得单相β组织。 2.时效 对于(α+β)型及近β型钛合金，其平衡条件下的组织为α+β。不同的合金其差异仅在于α和β两相所占的比例，而这个比例是随时效加热温度不同和加热保温时间长短有所变化。例如经热处理强化的BT3-1合金中β相的含量为19%，经过长时(15000h以上)加热后，β相的含量为8%。 淬火形成的介稳定相，无论是马氏体α′，α″或ω相及介稳β相，在时效过程中均发生分解或析出，最终产物皆为(α+β)相，只不过是转变机制和程度不同而已。
钛合金的热处理基本原理(一) 钛合金的热处理基本 1. 什么是钛合金的热处理？ 钛合金是一种轻巧、高强度、耐腐蚀的金属材料。然而，由于钛合金的制造过程中可能会导致材料内部存在一些不稳定晶相或缺陷，因此需要进行热处理。热处理是通过加热和冷却的不同方式改变钛合金的晶体结构和性能，以达到所需的材料性能。本文将介绍钛合金热处理的基本原理和常用方法。 2. 钛合金的热处理原理 钛合金的热处理原理基于以下两个基本原则： 固溶处理原理 固溶处理是指将钛合金加热至其固溶温度以上，使合金中的溶质原子均匀地溶解在基体晶格中。通过固溶处理，可以消除钛合金中的不稳定相，提高合金的强度和塑性。 相变处理原理 相变处理是指在固溶处理的基础上，通过控制冷却速度使钛合金的晶体结构发生相变。相变处理可以改变钛合金的晶体结构和晶界形貌，从而调整其力学性能和耐腐蚀性能。
钛合金的热处理方法主要包括固溶处理和时效处理两种。下面将分别介绍这两种方法： 固溶处理 固溶处理是钛合金热处理的基础步骤，它可以消除钛合金中的不稳定相和缺陷，提高合金的强度和塑性。固溶处理的具体步骤如下：•加热：将钛合金加热至其固溶温度以上，一般在摄氏度范围内。•保温：保持合金在固溶温度下足够长的时间，使溶质原子充分溶解在基体中。 •冷却：迅速冷却合金至室温，固定溶质原子在基体中。 时效处理 时效处理是在固溶处理的基础上进行的钛合金热处理方法，通过控制冷却速度，使合金的晶体结构发生相变，从而调整其力学性能和耐腐蚀性能。时效处理的具体步骤如下： •固溶处理：按照固溶处理的方法对钛合金进行加热和冷却处理。•时效处理：将处理过的钛合金再次加热至合金中存在的稳定相的温度，并保持一段时间。 •冷却：迅速冷却合金至室温，固定相变后的晶体结构。
钛合金合金化原理强韧化机制及其应用 前言 钛发现于18世纪末，但由于化学活性高，提取困难，直到1910年金属钛才被美国科学家用钠还原法(亨特法)提炼出来。1936年卢森堡科学家克劳尔用镁还原法(克劳尔法)还原TiCl4，制得海绵钛，奠定了金属钛生产的工业基础。其技术转让到美国，1948年在美国首先开始海绵钛的工业生产。中国继美、日、前苏联之后，于1958年开始钛的生产。 一钛合金的合金化原理 1 将钛的合金元素分成三类： α相稳定元素，能提高α→β相的转变温度，扩大α相区，如铝和氧、氮等； 中性元素，在α相和β相中均有较大固溶度，对α?β相变温度影响不大，如锡、锆等。 β相稳定元素，一般是降低β相的转变温度，扩大β相区，它又可分两小类。 产生β相共析分解的元素，如Cr、Mn、Fe、Cu、Ni、Co、W等。随温度降低，β相发生共析分解，析出α相及金属间化合物（图c）。二元相图上不产生β相共析分解，但慢冷时析出α相，快冷时有α’马氏体相变，包括Mo、V、Nb、Ta等。稳定β相的能力是Mo＞V＞Nb＞Ta。
2 β相稳定元素含量与淬火快冷组织关系 当β相稳定元素含量较低时，β发生马氏体相变，形成α’相。当含量达到C1之前，β相发生完全的马氏体相变； 在C1到C2区间，可以有部分β相残留，得到α’＋残余β相组织。 当含量达到C2时，马氏体转变完全被抑制，只有残留β相（机械不稳定，在应力作用下分解）存在。 当含量≥C3时， 为机械稳定β相 （非热力学稳定， 回火时分解）。 当元素含量超过 C4时才得到室温热 力学稳定的β相。 3 气体杂质元 素的分类与作用 氧 稳定α相元素，提高α→β相转变温度。占据八面体间隙位置，产生点阵畸变，提高强度、降低塑性。 氮 与氧类似，是强稳定α相元素，提高α→β相转变温度，强烈提高强度而降低塑性。
钛合金热处理 钛合金是一种新兴的材料，具有优良的力学和化学性能、高强度、良好的塑性、良好的耐腐蚀性以及易于加工等特点。随着工业应用的不断发展，钛合金热处理已成为这种金属材料开发和改性的重要手段。 钛合金热处理的目的是通过热处理，改变和改善材料的组织和性能，使得材料满足应用条件的要求。钛合金热处理的主要内容有四类：组织调整热处理、表面淬火热处理、深冷热处理和试验用的热处理。 其中，组织调整热处理是改变正常晶体态组织中晶体尺寸、细纹、晶界、细晶和纹理等的热处理。经过组织调整热处理，可使材料具有更好的力学性能、改善材料的可锻性、韧性、耐蚀性、耐热性等功能。 表面淬火热处理的主要目的是改善钛合金的表面强度，以提高材料的抗磨性、抗冲击性和耐磨性。淬火热处理过程由热处理和冷却构成，通常使用致密性热处理和脆性热处理，使材料的外层达到软塑性，细节部分达到韧性和耐磨性，提高了材料的抗磨性和抗冲击性。 深冷热处理是指将钛合金浸入低温液体中进行热处理，使材料中的晶粒缩小和晶界介质微化，进而改善材料的力学性能。深冷热处理可以改善材料的疲劳性能、延性、冲击强度和弹性模量，提高材料的抗疲劳性能。 此外，试验用的热处理是指在研究钛合金的性能和组织过程中，为了使其符合试验要求而进行的一种热处理。它的主要目的是改善试样的理化性能，建立试样和实际应用中材料的一致性，以便获得准确的实验数据。
钛合金热处理在实际应用中的重要性不言而喻，其目的是以有效的方法改变和提高材料的性能，使得材料具有更优良的力学性能和化学性能，有利于满足应用条件的要求。合理的钛合金热处理工艺，可以提高材料的使用性能，为工业应用节省更多的成本。 综上所述，钛合金热处理是一种重要的金属材料开发和改性的手段，可以显著提高材料的性能，最大限度地满足应用条件的要求。它不仅可以改变和改善材料的组织和性能，还可以提高材料的使用性能，为工业应用节省更多的成本。因此，在选择和开发钛合金材料时，应十分重视它的热处理过程，并从合理的热处理工艺入手，确保材料有效的热处理，为国家工业发展做出积极贡献。
钛合金热处理 钛合金是一种非常强大的金属材料，它具有良好的耐腐蚀性、高强度和较高的熔点，因此在航空航天、航海、核电、军事、汽车等多个领域有广泛的应用。钛合金热处理是为了改善其物理性能和加工性能而进行的一种处理方法。本文将对钛合金热处理进行深入的介绍。 钛合金热处理的目的 热处理是改善钛合金的力学性能和工艺性能的手段，可以提高抗拉强度、塑性、冲击强度和耐磨性能。此外，热处理还可以改变钛合金的晶粒结构，使物料的组织更加规整，塑性和抗拉强度更高，耐腐蚀性也更强，从而使钛合金可以应用在更多的领域。 钛合金热处理方法 常见的钛合金热处理方法有五种，即回火、正火、淬火、淬火回火和表面贴装。 1.回火：在较低的温度（通常在650℃左右）下进行的钛合金的热处理，可以改变组织，减少厚度，改善机械性能。 2.正火：在较高的温度（通常为1000-1000℃）下进行的钛合金热处理，可以提高材料的抗拉强度、塑性和耐腐蚀性。 3.淬火：在较低的温度（通常为1000-1200℃）下进行的钛合金热处理，目的是改变晶粒结构，使材料拉伸强度、塑性、冲击强度和耐磨性都得到改善。 4.淬火回火：在较高的温度（通常为1000-1200℃）下进行的钛合金热处理，用于改善材料的抗拉强度和抗疲劳性能。
5.表面贴装：在较低的温度（通常在350-500℃）下进行的钛合金表面热处理，意在改善材料的抗腐蚀性和耐磨性。 钛合金热处理的注意事项 钛合金热处理需要非常小心，注意以下几点： 1.温度一定要调到适宜的水平，过低或者过高都会破坏材料的性能。 2.热处理时需要进行定时或采样检测，以确保材料的质量。 3.要尽可能避免冷却过程中产生的微小残留应力，以防止材料表面的损坏。 4.要充分掌握各种热处理方法的优缺点，以便在处理不同的材料时正确选择。 以上就是有关钛合金热处理的介绍，从材料的选择、热处理方法及其要求，以及施工时的注意事项，用户可以根据自己的实际应用需要，选择合适的处理方法，以达到改善材料性能的目的。热处理是一项重要的工艺，它能够使用户获得更长期、更稳定的材料性能。
高温合金钛合金材料热处理工艺研究 高温合金和钛合金是两种应用广泛的金属材料，它们具有优良的高温和耐腐蚀 性能，在机械制造、航空航天等领域得到了广泛的应用。热处理是高温合金和钛合金制造过程中必不可少的工艺环节，合理的热处理工艺可以显著提高材料的性能。本文从热处理工艺的角度来探讨高温合金和钛合金材料的工艺研究，旨在提供一些关于热处理工艺的知识和应用实践的参考。 一、高温合金的热处理工艺 1. 固溶处理 固溶处理是高温合金最常见的热处理工艺之一，其目的是将高温合金中的析出 相溶解到基体固溶体中，在一定时温条件下达到均匀化。固溶温度和时间的选择是关键，过高或过低的温度和时间都会影响高温合金的性能。例如，超过合金的临界温度或时间过长会导致晶粒的长大和析出相的再析出，从而降低合金的强度和韧性。 2. 淬火处理 淬火处理是将高温合金从高温状态迅速冷却至室温或低温状态的一种热处理工艺，目的是在较低温度下形成均匀的析出相，使合金的强度、硬度和耐磨性得到提高。淬火过程有多种方法，包括空气冷却、油冷却和水冷却等。不同的冷却方法会产生不同的细化效果。 3. 固溶-沉淀处理 固溶-沉淀处理是高温合金热处理中常用的一种方法，其主要目的是利用固溶 温度高于析出相溶解温度的特点，先进行固溶处理使合金中的析出相溶解到基体中，然后通过降温使其再次析出。沉淀相的粒度和分布是决定成品性能的重要因素。因此，固溶-沉淀处理的温度和时间的选择需要权衡高温强度和低温韧性之间的关系。 二、钛合金的热处理工艺
1. α+β区热处理 α+β区热处理是钛合金中最常用的热处理工艺之一，其目的是在提高钛合金的 强度和韧性方面取得最佳的平衡。该方法利用钛合金在980°C下α相固溶度与β相共存的特点，使钛合金在该温度下保持一定时间后，通过快速冷却达到均匀的α+β 组织分布，从而达到最佳的力学性能。 2. β区热处理 β区热处理是钛合金中另一种常用的热处理方法，其目的是在β相状态下使钛 合金达到最佳的力学性能。β区热处理时间和温度的选择是关键，一般需要高于β 相变温度，使钛合金从α+β组织向β组织转变。 3. α区热处理 α区热处理是钛合金热处理中较少采用的一种方法，其主要目的是在α相区域 中进行固相变换，从而提高钛合金的塑性和韧性。虽然α区热处理可以提高钛合金的塑性，但同时对其强度和硬度也有所影响。 三、实际应用中的热处理工艺 除了上述传统的热处理工艺，实际生产中，针对不同的高温合金和钛合金材料，可以根据其成分、形状和用途等因素进行定制化的热处理工艺设计。例如，在航空制造中，常规的热处理方法已经不能满足高温合金和钛合金零件的要求，需要采用先进的超声波处理、电子束离子注入和等离子增强热处理等新技术，以提高零件的性能和寿命。 总结 高温合金和钛合金是现代先进制造技术中必不可少的材料，其优良的高温、耐 腐蚀性能赋予了它们广泛的应用前景。在生产制造过程中，热处理工艺是提高高温合金和钛合金材料性能的关键环节，通过合理的热处理工艺设计和实践，可以大大提高材料的成品率和应用性能。未来，随着现代制造技术的不断进步和创新，高温
钛合金相变和热处理 钛合金相变和热处理 钛合金是一种重要的结构材料，由于其高强度、低密度、耐腐蚀等特性被广泛应用于航空、航天、乃至医疗等领域。然而，钛合金也存在一些问题，比如钛合金制品在加工过程中容易发生热变形、热裂纹等现象。为了有效解决这些问题，对于钛合金的相变和热处理技术研究显得尤为重要。 一、钛合金相变 1.1 α、β相 钛合金有两种最重要的晶体结构—α相和β相，其中β相是在高温下稳定的相，而α相则在低温下稳定。因为在两相之间存在一个相变温度范围，所以经过一定的热处理，钛合金可以发生相变，从而对其性质产生影响。 1.2 钛合金的变形机制 由于钛合金属于典型的自由刃转式金属，其变形主要是通过晶间滑移和晶内滑移来实现。晶间滑移的产生势必会导致晶粒的增长，从而导
致强度的降低。 二、钛合金热处理 钛合金的热处理是为了在完全可控的条件下，通过调控钛合金的组织和性质，去满足钛合金在不同应用场合下的各种性能要求。 2.1 固溶处理 固溶处理的目的通常是增强钛合金的塑性和韧性，以及提高其热加工能力。固溶处理主要利用固溶元素在在母相中溶解来改变钛合金的性质。 2.2 时效处理 时效处理的目的是在固溶处理后，通过加以热处理及定时保温，使强度达到最高的状态。时效处理的工艺参数和过程控制对钛合金的性能和成本影响较大，必须严格控制。 2.3 稳定化处理 由于钛合金热变形发生的条件较苛刻，通过稳定化处理可以调节相的转变，以提高钛合金的热加工性能。稳定化处理的方法包括多元元素稳定化处理和超塑性稳定化热处理。
三、总结 综上所述，钛合金相变和热处理的研究对于钛合金的应用至关重要。合适的热处理（如固溶处理、时效处理以及稳定化处理）对于钛合金的性能和应用具有重要的影响。因此，采用合适的热处理方法研究钛合金的相变和性能具有非常重要的意义。
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; 同素异晶转变 1.高纯钛的β相变点为℃,对成分十分敏感;在℃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; 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,因而转变所需的过冷度越大,M S 、M f越低;
金属热处理原理与工艺 金属热处理是指对金属材料进行加热处理来改变其组织结构和性质的一种方法。这种 方法可以通过控制加热温度和保温时间等参数来实现不同的处理效果。金属热处理可以改 善金属的硬度、强度、韧性、延展性、耐磨性、耐腐蚀性等性能，从而满足不同的工业应 用需求。 金属热处理的原理 金属热处理的原理基于金属的组织结构和性质随温度的变化而变化。当金属材料受到 热加工时，温度升高会导致金属晶粒的尺寸增加，晶粒之间的间距变大，这使得金属的塑 性和韧性增加。而当金属材料受到冷加工时（如锻造、轧制），由于冷加工过程中金属材 料处于冷却状态，因此晶粒不会发生明显的变形，而是保持原来的晶粒组织。这种组织结 构会使金属变得更加硬而脆，但相应的韧性和延展性会降低。 金属热处理的工艺 金属热处理的工艺包括加热、保温和冷却等步骤。根据不同的处理效果，这些步骤的 温度和时间可以做出相应的调整。以下是几种常见的金属热处理方法： 1. 灭火处理：灭火处理是指将金属加热至高温后迅速冷却至室温的处理过程。这种 处理可以改变金属的组织结构，从而提高其硬度和强度。灭火处理通常适用于需要较高硬 度和强度的金属制品。 2. 固溶处理：固溶处理是指将金属加热至一定温度后进行保温，使固态的金属中的 固溶体中的扰动原子可以逸出到基体里。这种处理可以改变金属的组织结构，从而提高其 韧性和延展性。固溶处理通常适用于需要具有良好机械性能和耐腐蚀性的金属制品。 3. 时效处理：时效处理是指将金属加热至一定温度进行保温，然后迅速冷却后再进 行再加热保温的过程。这种处理可以使金属的晶粒长大并沉淀出一些固相化合物，从而提 高金属的强度和硬度。时效处理通常适用于需要高强度和高韧性的金属制品。 4. 钝化处理：钝化处理是指将金属制品加热至一定温度后，在空气或氧化性环境中，使其表面形成一层韧性较强的氧化皮。这种处理可以使金属制品具有较好的耐腐蚀性。 金属热处理是一种重要的金属加工工艺，可以通过控制加热温度、保温时间和冷却速 率等参数来实现不同的处理效果，以满足不同的工业应用需求。 除了上述几种常见的金属热处理方法，还有一些其他的方法也被广泛应用于不同的金 属制品中。以下是其中一些方法：
钛合金及其热处理工艺简述LT
α稳定元素能提高相变点，在α相中大量溶解和扩大α相区。例如铝、镓、硼、碳、氧、氮等。这其中,铝在配制合金中得到了广泛的应用。铝的固溶强化效果最显著,还可提高合金的高温强度,提高α+β型合金的时效能力,改善合金抗氧化性,减小合金密度,提高弹性模量。 β稳定元素能降低相变温度，在β相中大量溶解和扩大β相区。其中铝、钒、铌、钽、钨等属于β同晶型的,在β钛中可以无限固溶,而铁、锰、钴、镍、铜、硅等,在β钛中只形成有限的固溶体,在含量相同时,它们的固溶强化效果大于同晶型β稳定元素的固溶强化效果。就氧而言,Ti-6Al-4V(TC4)根据碳、氧、氮、氢等元素含量的不同有工业级(含氧0.16%~0.20%wt)和ELI级(超低间隙,含氧0.1%~0.13%wt)。因为氧元素为α稳定元素,使得合金的β转变温度发生变化,对工业级而言,为1010~1020℃,对ELI级为970~980℃[8]。 中性元素在实用含量范围内,对p相向a相的同素异晶转变温度的影响不大，在α和β相中均能大量溶解或完全互溶。中性元素主要有锡、锆、铪。 α稳定型二元相图、β稳定型二元相图及β共析型二元相图分别如图1~图3。 3 钛合金固态相变 纯Ti的β→α转变，是体心立方晶格向密排六方晶格的转变，完全符合Burgers的取向关系：(110)β//(0001)α，[111]β//[1120 ]α；惯习面是(331)β，或(8811)α、(8912)α。但Ti合金因合金系、浓度和热处理条件不同，还会出现一系列复杂的相变过程。这些相变可归纳为两大类，即淬火相变： β→α′，α′′，ωq ,β γ 和回火相变:
亚稳β钛合金时效热处理是指在高温固溶处理后，在适当温度下进行时效处理，通过控制时效温度和时效时间来调节合金组织和性能。而随炉冷却是指在时效处理结束后，将合金坯料随炉冷却到室温。这种热处理方式能够有效地提高β钛合金的性能和抗拉强度，并且能够改善合金的热变形性能和耐腐蚀性能。 1. 亚稳β钛合金时效热处理的原理 亚稳β钛合金在高温固溶处理后，需要进行再结晶退火或者时效处理来调节组织和性能。时效处理是将合金在不同温度下进行保温一段时间，通过析出相形成弥散的强化相，从而提高合金的强度和硬度。时效处理的原理是在固溶度范围内，固溶体含有过饱和的溶质，随着温度的降低，溶质逐渐析出形成细小的弥散相，从而提高合金的强度和耐热性能。 2. 亚稳β钛合金时效热处理的工艺流程 亚稳β钛合金的时效处理工艺流程主要包括固溶处理、冷却、时效处理和随炉冷却。首先是固溶处理，将合金加热至固溶温度，保温一定时间，使合金中的溶质均匀溶解在固溶体中。然后进行冷却，将合金坯料进行快速冷却，使其达到时效处理的温度区间。接下来是时效处理，将合金在时效温度下保温一定时间，使弥散相充分析出形成细小的强化相。最后是随炉冷却，将合金坯料随着炉温自然冷却至室温，完成整个时效处理过程。
3. 亚稳β钛合金时效热处理的性能影响 亚稳β钛合金时效热处理能够显著提高合金的抗拉强度、硬度和弹性模量，改善其热变形性能和耐蠕变性能。时效处理后的合金组织中含有大量的细小弥散相，这些弥散相能够有效地阻碍位错运动和晶界滑移，从而提高合金的强度和硬度。时效处理能够显著提高合金的耐热性能和抗氧化性能，使其在高温环境下具有良好的稳定性和耐久性。 4. 亚稳β钛合金时效热处理的应用领域 亚稳β钛合金时效热处理广泛应用于航空航天、航空发动机、汽车制造、医疗器械、化工装备等领域。这些领域对材料的强度、硬度、耐热性和耐腐蚀性能要求非常高，而亚稳β钛合金经过时效热处理后，能够满足这些领域的要求，提高产品的使用寿命和安全性。航空发动机的高温零部件、航天器的结构材料、汽车发动机的高强度零部件等都采用了亚稳β钛合金时效热处理制造。 5. 亚稳β钛合金随炉冷却的优点 亚稳β钛合金随炉冷却是一种比较常见的时效处理方式，它具有以下几点优点： 5.1 低成本：随炉冷却可以节约冷却介质和冷却时间，降低生产成本。 5.2 能源节约：随炉冷却无需额外的能源投入，能够减少能源消耗。 5.3 保持合金组织稳定：随炉冷却能够有效地防止合金在冷却过程中产生变形和应力，保持其组织稳定。 5.4 适用范围广：随炉冷却适用于大多数亚稳β钛合金的时效处理，具
钛合金的热处理基本原理 钛合金的热处理基本 引言 钛合金是一种重要的结构材料，具有广泛的应用领域。然而，由 于其特殊的化学成分和晶体结构，钛合金的热处理相对复杂。在本文中，我们将从浅入深地介绍钛合金的热处理基本原理。 1. 钛合金的结构与特点 钛合金由钛和其他合金元素组成，具有较高的强度、优良的耐腐 蚀性和低的密度。然而，钛合金的晶体结构也使其具有一些局限性， 例如易形成过热α相和热稳定β相的共存状态。 2. 热处理的基本概念 热处理是通过加热和冷却来改变材料的结构和性能的方法。对钛 合金进行热处理可以改变其晶粒尺寸、相组成和晶体方向性，从而调 控其力学性能和耐腐蚀性。 3. 热处理的常见方法 钛合金的热处理常见方法包括退火、时效、固溶处理和淬火等。 这些方法可以单独应用，也可以组合使用，以便达到最佳的材料性能。•退火
退火是将钛合金加热至适当温度并经过一段时间保温后缓慢冷却的过程。退火可以消除内部应力、改善材料的塑性和韧性，并提高晶体的等轴性。 •时效 时效是在退火完成后，将钛合金再次加热至一定温度下保温一段时间，然后冷却的过程。时效能够使钛合金中的析出相达到最优化的状态，进一步提高材料的强度和韧性。 •固溶处理 固溶处理是将钛合金加热至固溶温度，并迅速冷却以保持固溶状态。固溶处理可以改善合金的可加工性，但会降低强度和耐蚀性。•淬火 淬火是将钛合金迅速冷却至室温，以形成固溶相。淬火可以使合金获得最高的强度和硬度，但可能导致脆性增加。 4. 热处理过程中的微观变化 在钛合金的热处理过程中，晶体结构和相组成会发生微观变化。热处理可以引起晶粒长大或细化、相转变或析出反应。这些变化对材料的性能具有重要影响。
钛合金铸件热等静压处理技术 引言： 钛合金作为一种重要的结构材料，其具有优异的力学性能、抗腐蚀性和高温稳定性，因此在航空航天、船舶制造、汽车制造等领域得到广泛应用。然而，钛合金的铸造过程中常常存在着内部缺陷和晶粒粗化等问题，导致其力学性能下降。为了解决这些问题，热等静压处理技术被引入钛合金铸件生产过程中，取得了良好的效果。 一、热等静压处理技术的原理 热等静压处理技术是在钛合金铸件制备过程中应用的一种热处理方法。其原理是通过加热钛合金铸件至一定温度，同时施加静压力，使钛合金铸件在高温下发生塑性变形，并在静压力的作用下得到致密化和晶粒细化。这一过程可以有效地消除钛合金铸件内部的缺陷，提高其力学性能和综合性能。 二、热等静压处理技术的工艺流程 热等静压处理技术的工艺流程主要包括预热、等温静压、冷却和退火四个步骤。首先，将钛合金铸件置于预热炉中进行预热，使其达到适当的温度。然后，将预热后的钛合金铸件放入等温静压装置中，在一定温度和静压力的作用下进行等温静压处理。在等温静压过程中，钛合金铸件的晶粒会发生细化，内部的缺陷也会被消除。接下来，将经过等温静压处理的钛合金铸件放入冷却装置中进行冷却，
使其快速冷却至室温。最后，对铸件进行退火处理，以消除残余应力，提高材料的稳定性和可靠性。 三、热等静压处理技术的优点 热等静压处理技术在钛合金铸件制备中具有许多优点。首先，通过热等静压处理，可以显著提高钛合金铸件的致密度和强度。其次，这一技术可以有效地减少钛合金铸件的内部缺陷，提高其力学性能和综合性能。此外，热等静压处理还可以使钛合金铸件的晶粒细化，提高其耐热性和耐腐蚀性。最后，采用热等静压处理技术可以实现批量生产，提高生产效率。 四、热等静压处理技术的应用前景 热等静压处理技术在钛合金铸件制备中已经取得了显著的应用效果，并且在航空航天、船舶制造、汽车制造等领域得到广泛应用。随着钛合金材料在各个行业中的应用不断扩大，热等静压处理技术的应用前景也变得更加广阔。未来，热等静压处理技术有望成为钛合金铸件制备中的重要工艺方法之一，为钛合金铸件的生产提供更好的解决方案。 结论： 钛合金铸件热等静压处理技术通过加热和静压力的作用，能够有效地消除钛合金铸件内部的缺陷，提高其力学性能和综合性能。这一技术具有许多优点，如提高致密度和强度、减少内部缺陷、细化晶
钛合金热处理综述 XX 学号
目录 引言 (1) 一、钛合金在航空航天的应用 (2) 二、钛合金综述 (3) 1. 钛合金的分类及特点 (3) A. 分类 (3) B. 各类钛合金的特点 (4) 2. 合金元素 (5) A. 合金元素分类 (5) B. 合金元素作用 (6) 3. 钛的相变 (6) A. 同素异构转变 (6) B. β相转变 (6) C. 时效过程中亚稳定相的分解 (8) D. 钛合金二元相图 (9) 三、热处理引言 (9) 四、热处理基本原理 (9) 4. 退火 (10) A. 回复 (10) B. 再结晶 (10) C. 去应力退火 (10) D. 简单退火 (11) E. 完全退火 (11) F. 等温退火和双重退火 (11) G. 真空退火 (11) 5. 固溶与时效处理（强化热处理） (12) A. 固溶处理 (13) B. 时效处理 (13) C. 固溶-时效处理 (14) 6. 形变热处理（热机械处理） (14) 7. 化学热处理 (15) 五、热处理缺陷和防治 (15) 六、钛合金组织与性能 (16) 1. 钛合金相组成 (16) 2. 钛合金组织类型 (16) A. 魏氏体组织 (16) B. 网篮组织 (16) C. 等轴组织 (17) D. 双态组织 (17) 3. 钛合金的热处理与组织、性能的关系 (17) A. 常规拉伸性能 (17) B. 疲劳性能 (17) C. 断裂韧性 (18)
D. 应力腐蚀断裂 (18) 七、钛的表面热处理 (18) 1. 渗无机元素表面热处理 (18) A. 渗碳 (18) B. 渗氮 (19) C. 渗硼 (19) 2. 渗金属元素表面热处理 (19) 参考文献 (20)
钛合金及其热处理工艺简述 杨**林 摘要：本文对钛及其合金的基本信息进行了简要介绍，对钛的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。重点概述了钛合金的热处理类型及工艺，为之后生产实习中对钛合金的热处理工艺认识提供指导。 关键词：钛合金，热处理 1 引言 钛在地壳中的蕴藏量位于结构金属的第四位,但其应用远比铜、铁、锡等金属滞后。钛合金中溶解的少量氧、氮、碳、氢等杂质元素,使其产生脆性,从而妨碍了早期人们对钛合金的开发和利用。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的改进和提高,钛合金的应用才逐渐开展[5]。 纯钛的熔点为1668℃,高于铁的熔点。钛在固态下具有同素异构转变,在882.5℃以上为体心立方晶格的β相,在882.5℃以下为密排六方晶格的α相。钛 合金根据其退火后的室温组织类型进行分类,退火组织为α相的钛合金记为TAX,也称为α型钛合金；退火组织为β相的钛合金记为TBX,也称为β型钛合金；退火组织为α+β两相的钛合金记为TCX,也称为α+β型钛合金,其中的“X”为顺序号。我国目前的钛合金牌号已超过50个,其中TA型26个,TB型8个以上,TC型15个以上[5]。 钛合金具有如下特点： （1）与其他的合金相比,钛合金的屈强比很高,屈服强度与抗拉强度极为接近；
（2）钛合金的密度为4g/cm3,大约为钢的一半,因此,它具有较高的比强度； （3）钛合金的耐腐蚀性能优良,在海水中其耐蚀性甚至比不锈钢还要好； （4）钛合金的导热系数小,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成之后,为了消除材料中的加工应力，达到使用要求的性能水平，稳定零件尺寸以及去除热加工或化学处理过程中增加的有害元素(例如氢)等,往往要通过热处理工艺来实现。钛合金热处理工艺大体可分为退火、固溶处理和时效处理三个类型。由于钛合金高的化学活性,钛合金的最终热处理通常在真空的条件下进行。热处理是调整钛合金强度的重要手段之一。 2 钛合金的合金化特点 钛合金的性能由Ti同合金元素间的物理化学反应特点来决定，即由形成的固溶体和化合物的特性以及对α?β转变的影响等来决定。而这些影响又与合金元素的原子尺寸、电化学性质（在周期表中的相对位置）、晶格类型和电子浓度等有关。但作为Ti合金与其它有色金属如Al、Cu、Ni 等比较，还有其独有的特点，如： （1）利用Ti的α?β转变，通过合金化和热处理可以随意得到α、α+β和β相组织； （2）Ti是过渡族元素，有未填满的d电子层，能同原子直径差位于±20％以内的置换式元素形成高浓度的固溶体； （3）Ti及其合金在远远低于熔点的温度中能同O、N、H、C等间隙式杂质发生反应，使性能发生强烈的改变；
第四章-钛合金的相变及热处理LT
5.钛合金的亚稳相图 （1）t0C k线为马氏体相变开始线，也称M s线； （2）t0C1线为马氏体相变终止线，也称M f线。 但不超过某些成分范围的合金，淬火所得（3）合金元素含量大于临界浓度C k ， 的亚稳态β相，受到应力作用将转变为马氏体，称为应力诱变马氏体。其具有低的屈服强度、高应变硬化速率及均匀伸长，并具有较高的塑性。 4.3 β相共析转变及等温转变 1.共析转变 (1)钛与β共析元素（铬、锰、铁、钴、镍、铜、硅）组成的合金系，在一定的成分和温度范围内发生共析反应，即：β → α + Ti x M y (2)共析转变温度较高的合金系（钛与硅、铜、银等活性元素组成的合金系），共析反应容易进行而且反应极快，淬火都不能抑制其发生；共析温度越低，原子活动能力就越差，共析反应速度越慢。 (3)同一合金系中，β稳定元素含量越高的合金，共析反应速度越慢。 (4)与α-Ti形成间隙固溶体的元素氧、氮、碳降低β相的稳定性，加快过冷β相的分解过程；与β-Ti形成间隙固溶体的元素氢，阻碍过冷β的分解。 (5)共析转变产物对合金的塑性及韧性十分不利，并降低合金热稳定性。 2.等温转变 (1)在高温区保温时，β相直接析出α相。随等温分解温度降低，分解产物越细，α相弥散度越大，合金强度和硬度就越高。 (2)在低温区域（<450℃）保温时，由于原子扩散比较困难，β相不能直接析出α相而先形成ω过渡相，然后随等温时间的延长再转变为α相。 (3)随着加入的β稳定化元素含量的增加，C曲线向右下方移动。 (4)若加入α稳定元素（铝、氧、氮）则促使α相形核，加速β相分解，C曲线左移。 (5)提高固溶温度将增加过冷β相中的空位浓度，塑性变形则有利于α相在滑移带上析出，加速β相分解，C曲线左移。 4.4 时效过程中亚稳定相的分解 钛合金淬火形成的亚稳相α′、α′′、ω即过冷β相，在热力学上是不稳定的，加热会发生分解，最终的分解产物均为平衡组织α+β（或α+Ti x M y）。在时效分解过程的一定阶段，可以获得弥散的α+β相，使合金产生弥散强化，这就是钛合金淬火时效强化的基本原理。 1.马氏体的分解 (1)六方马氏体α′的分解 ①含β同晶元素的钛合金按α′→β+α 方式分解 ②含活性共析元素的钛合金按α′→过渡相→α+Ti x M y 方式分解 ③含非活性共析元素的钛合金按α′→β→β+Ti x M y 方式分解 (2)斜方马氏体α′′的分解 斜方马氏体在300 ~ 400℃即发生快速分解，在400 ~ 500℃可获得弥散度高的α+β的混合物，使合金弥散强化。斜方马氏体在分解为最终的平衡状态产物α+β（Ti-β同晶型合金）或α+Ti x M y（Ti-β共析型合金）之前，要经历一系列复杂的中间过渡阶段。 2.ω相的分解 ω相是β稳定元素在α-Ti中一种过饱和固溶体，分解的最终产物是α+β相。