钛合金及其热处理工艺简述
XX钛业股份XX：杨新林
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；
（4）Ti同其它元素能形成金属键、共价键和离子键固溶体和化合物。
Ti合金合金化的主要目的是利用合金元素对α或β相的稳定作用，来控制α和β相的组成和性能。各种合金元素的稳定作用又与元素的电子浓度（价电子数与原子的比值）有密切关系，一般来说，电子浓度小于4的元素能稳定α相，电子浓度大于4的元素能稳定β相，电子浓度等于4的元素，既能稳定α相，也能稳定β相。
工业用Ti合金的主要合金元素有Al、Sn、Zr、V、Mo、Mn、Fe、Cr、Cu和Si等，按其对转变温度的影响和在α或β相中的固溶度可以分为三大类：α稳定元素、β稳定元素、中性元素[6,7]。
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X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 ,βγ
和回火相变:
(α′,α′′，βγ) →β+ωq+α→β+α
3.1 马氏体转变
β稳定型Ti合金自β相区淬火，会发生无扩散的马氏体转变，生成过饱和α′固溶体。如果合金的浓度高，马氏体转变点Ms降低到室温以下，β相将被冻结到室温。这种β相称“残留β相”或“过冷β相”，用βγ表示。值得说明的是，当合金的β相稳定元素含量少，转变阻力小，β相可由体心立方晶格直接转变为密排六方晶格，这种马氏体称“六方马氏体”，用“α”表示。如果β稳定元素含量高，转变阻力大，不能直接转变成六方晶格，只能转变为斜方晶格，这种马氏体称“斜方马氏体”，用α′′表示（图4）。
六方马氏体有两种惯习面。以{334}β面为惯习面的马氏体（浓度低，Ms 高），称{334}型六方马氏体，取向关系为(0001)α′//{110}β，（1120）α′//
〈111〉β；以{334}β面为惯习面的马氏体称{334}型六方马氏体（浓度高，Ms 点低），取向关系仍为(0001)α′//{110}β，〈1120〉α′//〈111〉β。斜方马氏体的惯
习面为{133}β，取向关系为(001)α′//{110}β，〈110〉α′′//〈111〉β。
Ti 合金的马氏体转变如图4所示，与β相的浓度和转变温度有密闭关系。由
图可知，马氏体转变温度Ms 是随合金元素含量的增加而降低，当合金浓度增加到临界浓度Ck，Ms点即降低到室温，β相即不再发生马氏体转变。同样，成分已定的合金，随着淬火温度的降低，β相的浓度将沿β(β+α)转变曲线升高（浓度沿
曲线向右方移动），当淬火温度降低到一定温度，β相的浓度升高到Ck时，淬火
到室温β相也不发生马氏体转变，这一温度称“临界淬火温度”，可用Tc表示。Ck 和Tc在讨论Ti合金的热处理和组织变化时，是非常重要的两个参数。
马氏体的形态与合金的浓度和Ms高低有关。六方马氏体有两种形态，合金
元素含量低（图4），马氏体转变温度Ms高时，形成板条状马氏体。这种六方马
氏体有大量的位错，但基本上没有孪晶，是单晶马氏体。反之，合金元素含量高，Ms 点降低，形成针状或锯齿形马氏体。这种六方马氏体有高的位错密度和层错，还有大量的{1011}c′孪晶，是孪晶马氏体。斜方马氏体α′′，由于合金元素含量更高，Ms点更低，马氏体针更细，可以看到更密集的孪晶。
但应指出，Ti合金的马氏体是置换型过饱和固溶体，与钢的间隙式马氏体不同，强度和硬度只比α相略高些，强化作用不明显。当出现斜方马氏体时，强度和硬度特别是屈服强度反而略有降低。Ti合金的浓度超过临界浓度Ck（图4），但又不太多时，淬火后会形成亚稳定的过冷βγ相。这种不稳定的βγ相，在应力（或应变）作用下能转变为马氏体。这种马氏体称“应力感生马氏体”，屈服强度很低，但有高的应变硬化率和塑性，有利于均匀拉伸成型操作。
3.2ω相的形成
β稳定型Ti合金的成分位于临界浓度ck 附近时，如Blackburn说明图所示（图4），淬火时除了形成α′或βγ外，还能形成淬火ω相，用ωq表示。ωq是六方晶格，a=0.4607nm，c=0.2821nm，c/a=0.613，与β相共生，并有共格关系。β→ωq是无扩散转变，无论如何快冷也不能被阻止，与β相的取向关系：[0001]β//[111]ω，(1120)ω//(110)β。
ω相的形状与合金元素的原子半径有关，原子半径与Ti相差较小的合金，ω相是椭圆形，半径相差较大时是立方体形。
β相的浓度远远超过临界浓度（Ck）的合金，淬火时不出现ω相，但在200~500℃回火，βγ可以转变为ω相。这种ω相称回火ω相或时效ω相，用ωq表示。ωq相的形接是无扩散过程，但长大要靠原子扩散，是β→α转变的过渡相。由500℃以下
回火形成的ωq相，是由于不稳定的过冷βγ相在回火过程中发生了溶质原子偏聚，形成溶质原子富集区和贫化区，当贫化区的浓度接近Ck时即转变为ωq。ω相硬
而且脆（HB=500,δ=0），虽能显著提高强度、硬度和弹性模量，但塑性急剧降低。当ω相的体积分数Fv＞80％，合金即完全失去了塑性；如果Fv控制在50%左右，
合金会有较好的强度和塑性的配合。
ω相是Ti合金的有害组织，在淬火和回火时都要避开它的形成区间，但加Al 能抑制ω相的形成。大多数工业用Ti合金都含有Al，故回火ωq相一般很少出现或体积分数Fv很小。
3.3亚稳定相的分解
钛合金淬火形成的α′、ω和βγ相都是不稳定的，回火时即发生分解。各种相
的分解过程很复杂，但分解的最终产物都是平衡的α+β相。如果合金是β共析型的，分解的最终产物将是α+TixMy 化合物。但应说明，这种共析分解在一定条
件下可以得到弥散的α+β相，有弥散硬化作用，是Ti合金时效硬化的主要原因。各种亚稳定相的分解过程如下。
（1）过冷βγ相分解有两种分解方式：
βγ→α+βx →α+βeβγ→ωq + βx →ωq +α+βx →α+βe
式中的ωq是回火ω相；βx是浓度比βγ高的β相,βe浓度的β相。高温回火，可
以越过形成ωq的过渡阶段，直接按第一种反应式进行；如果回火温度低，则按
第二种反应式发生分解：βγ先析出ωa,使βγ相的浓度升高到βx，随后ωa再分解出α，使βx的浓度升高到βe，最后变成α+βe。
（2）马氏体的分解。马氏体在300~400℃即能发生快速分解，但在400~500℃回火可获得弥散度高的α+β相混合物，使合金弥散强化。实验研究表明，马氏体要经过许多中间阶段才能分解为平衡的α+β或α+ TixMy。X射线结构分析发现，各种Ti合金的马氏体（α′，α′′）有三四种过渡分解阶段。现举两种典型分解过程如下，第一种：α′′→βs+αd′′→βs +α′→α+β
分解过程是先从α′′中析出βs（非平衡成分），使α′′中的β稳定元素贫化变成αd′′，然后转变为α′，再转变为α。另一种典型分解过程为：
α′′→α+αc′′→α+ βs →α+β
这个分解过程是无从α′′中析出α，使α′′所含β稳定元素富化成αc′′，然后再转
变为βs和β相。
六方马氏体（α′）的分解过程与α′′基本相同。
（3）ω相的分解ω相实际上是β稳定元素在α相中的过饱和固溶体，回火分
解过程也很复杂，与α′′的分解过程基本一样，但分解过程随ω相本身的成分、合金元素的性质和热处理条件等而不同。
4 钛合金热处理
在钛合金材料的工程应用中,热处理工艺是确保钛合金正确使用的重要手段。钛合金的热处理工艺主要包括以下几种类型:退火处理,固溶处理和时效处理。根据钛合金的不同类型和不同的退火目的,退火处理又可分为消除应力退火,完全退火(再结晶退火),双重退火,等温退火,脱氢真空退火等几种形式。根据加热温度的
不同,固溶处理又可分为以下两种类型:在（α+β）/β相变点温度以上进行的固溶
处理,简称为β固溶;在（α+β）/β相变点温度以下进行的固溶处理,简称为α+β固溶。对于时效处理,根据时效后获得的强度水平,有峰值时效和过时效(软化时效)之分。
α+β型钛合金典型的组织形态如图5所示：
钛合金热处理有以下特点：
（1）马氏体相变不能引起合金的显著强化，这个特点与钢的马氏体相变不同，钛合金的热处理强化只能依赖淬火形成的亚稳相（包括马氏体相）的时效分解。
（2）应避免形成ω相。形成ω相会使合金变脆，正确选择时效工艺（如采用高一些的时效温度，即可使ω相分解为平衡的α+β相。
（3）同素异构转变难以细化晶粒。
（4）导热性差。导热性差可导致钛合金，尤其是α+β合金的淬透性差，淬火热应力大，淬火时零件容易翘曲。由于导热性差，钛合金变形时易引起局部温升过高，使局部温度有可能超过β相转变温度而形成魏氏组织。
（5）化学性活泼。热处理时，钛合金易与氧和水蒸气反应，在工件表面形成一定深度的富氧层或氧化皮，使合金性能变坏。钛合金热处理时容易吸氢，引起氢脆。
（6）β相变温度差异较大，即使是同一成分，但冶炼炉次不同的合金，其β转变温度有时也会有很大差别（一般相差5~70℃）。这是制定工件加热温度时要特别注意的特点。
（7）在β相区加热时β晶粒长大倾向大。β晶粒粗化可使塑性急剧下降，故应严格控制加热温度与时间，并慎用在β相区温度加热的热处理。
4.1热处理工艺简述
4.1.1退火处理
（1）消除应力退火
主要目的是消除在冷加工、冷成形及焊接等工艺过程中产生的内应力。这种退火有时也称为不完全退火。在这一过程中主要发生回复。退火的温度低于该合金的再结晶温度，消除应力退火的时间取决于工件的厚度、残余应力大小、所用的退火温度以及希望消除应力的程度，其冷却的方式一般采用空冷，对于大尺寸和形状复杂的零件也可以采用炉冷。
（2）完全退火主
要目的是为了使组织和相成分均匀、降低硬度、提高塑性、获得稳定的或具有一定综合性能的显微组织。几完全退火过程中主要是发生再结晶，完全退火的温度高于该合金的再结晶温度，所以也称为再结晶退火。
（3）双重退火
包括高温和低温两次退火处理，其目的是为了使合金组织更接近平衡状态，以保证其在高温及长期应力作用下的组织及性能稳定性。双重退火特别适用于高温钛合金。
（4）等温退火
对α+β型钛合金在（α+β）/β转变温度以下100℃的X围内保温后直接转移到比该合金实际使用温度稍高的炉内继续保温一定时间，然后出炉空冷。等温退火是双重退火的种特殊形式。
（5）真空退火
是为防止钛台金氧化及污染而在真空条件下进行的退火，同时，真空退火还可部分去除钛合金中的氢含量，防止钛合金发生氢脆。
4.1.2固溶处理
钛合金进行固溶处理的目的是获得可以产生时效强化的亚稳定β相，即将β
固溶体以过饱和的状态保留到室温。固溶处理的温度选择在（α+β）/β转变温度以上或以下的一定X围内进行(分别称为β固溶和α+β固溶)，固溶处理的时间应能保证合金元素在β相中充分固溶。
4.1.3时效处理
钛合金进行时效处理的目的是为了促进固溶处理产生的亚稳定β相发生分解，产生强化效果。时效过程取决于时效温度和时效时间、时效温度和时效时间的选择应该以合金能获得最好的综合性能为原则。
确定钛合金的时效工艺通常是根据时效硬化曲线来进行。时效硬化曲线描述了合金在不同时效温度下，力学性能与时效时间的关系，力学性能可以是室温抗拉性能，也可以是硬度或其他性能。时效温度的选择，通常应避开。相脆化区，因此，一般选择在500℃以上[9]。时效温度太低，难于避开ω相，若温度过高，
则由β相直接分解的α相粗大，合金的强度降低。
根据时效后的强化效果，可以将时效分为峰值时效和过时效。几峰值时效的强度高，塑性相对满意；过时效则强度下降，而塑性更好，高温下的组织稳定性(热稳定性)及耐蚀性能好。有些合金为了获得较好的韧性和抗剪切性能，也
采用较高温度时效。这种时效也称为稳定化处理。为了使合金在使用温度下有
较好的热稳定性，可以采用在使用温度以上的时效。
有时为了控制时效析出相的大小、形态和数量，某些合金还可以采用多级时效处理，也称为分级时效。分级时效通常先低温时效，然后再较高温度时效。
4.2 实用钛合金热处理工艺
4.2.1 α型钛合金
对α型钛合金，由于两相区很小，退火温度一般选择在（α+β）/β相变点以
下120~200℃。对TA7钛合金（如图6），其（α+β）/β相变点为950~900℃，
板材退火温度选定在700~750℃，棒材退火温度选定在800~850℃。温度过高
会引起氧化和晶粒长大，温度过低时再结晶进行不完全。
a型钛合金不能通过固溶时效进行强化，通常不进行固溶处理。
对于a+化合物型钛合金，固溶处理的目的是为了保留过饱和α固溶体，固溶处理温度一般选择在刚刚低于共析温度，例如Ti-2Cu合金，共析温度为798℃，固溶处理温度选择在790℃，冷却方式可选择空冷。
4.2.2 α+β型钛合金
这类合金的完全退火温度一般选在（α+β）/β相变点以下120~200℃，冷却方式采用空冷。例如对TC4钛合金（如）图7，其（α+β）/β工程相变点为980~1010℃[9]，则完全退火温度选为750~850℃，消除应力退火温度选在700~800℃。TC6钛合金的β转变温度约为965℃，对TC6棒材在870~920℃保温1~2h，然后自
接转移至550~650℃的另一炉中保温2h，空冷（等温退火），或高温阶段结束后，打开炉门待炉温降至550~650℃后保温2h，再空冷。
α+β型钛合金在退火中除发生再结晶之外，还会有α相和β相在组成、数量及形态上的变化。邹清燕等[10]对TC11棒材初生α相含量与热处理温度的关系研究
表明，在相变点(β转变温度)以下35~45℃退火处理可以得到初生α的体积百分数为35%~50%而且形貌也比较好的组织。
α+β型钛合金固溶处理温度通常选择在（α+β）/β相变点以下40~100℃，即两相区的上部温度X围，但不加热到β单相区，因为加热到β单相区后，会产生
粗大晶粒，对韧性有害、固溶处理的时间应能保证合金元素在固溶体中充分固溶。固溶处理时应迅速，通常采用水冷或油冷。时间稍加延误，会在原始β晶粒的晶界上析出二相，影响固溶处理的效果。以TG4为例，最小截面厚度在6mm以下、6~25mm及25mm以上时，固溶处理延迟的最长时间分别规定为6s、8s和lOs。对TG4钛合金棒材、锻件而言，固溶处理的温度通常为900~970℃,保温时间根据材料尺寸而在20~120minX围变化，采用水淬。尺寸小，需要的保温时间也相应减少。通常对于α+β型钛合金，根据合金成分的不同，时效温度选取500~600℃，时间为4~12h。冷却方式均采用空冷。对TC4钛合金，时效温度选480~690℃X 围，时效时间选择2~8h[11]
4.2.3 β型钛合金
对于β型钛合金，完全退火即固溶处理，退火温度一般选择在（α+β）/β相变点以上80~100℃。完全退火的保温时间取决于退火处理的零件及半成品的截面尺寸。尺寸越大，需要的退火保温时间相应增加。
β型钛合金的固溶温度应选择在β转变温度上下附近位置，例如TB2的β转变温度为750℃，其固溶温度实际选定为750~800℃。若固溶处理温度选择过低，β固溶合金元素扩散不够充分，原始α相多，固溶时效后强化效果差。如果固溶温度选择过高，则晶粒粗化，固溶时效后的强化效果也会降低。冷却大多采用水冷，但有些合金例如TB2等也可采用空冷以防形变。对β型钛合金，通常固溶处理保温时间比两相合金要短些，例如Ti-8Al-Mo-V （α型)棒材、锻件为20~90min, TB2、TB3等棒材、锻件为10~30min。这是因为单相合金的热传导性通常优于两相合金。但对于Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al（β型）及Ti-1OV-2Fe-3Al（β型）的棒材、锻件来说，保温时间分别会长至10~90min和60 ~120min，这是因为这两种合金的合金化程度高，元素扩散更加困难，因而需要保温较长时间才能获得均匀稳定的固溶体。
β钛合金中的β稳定元素含量高，β相的稳定程度高，介稳β相的分解比较缓慢，所需时效时间较长。时效前的冷加工和低温预时效都可以大大加速亚稳定β相的分解速度，使时效时间变短。
可热处理强化的β钛合金的时效温度较低，约为450~550℃，时间较长，
8~24h。冷却方式均采用空冷。对TB2钛合金，时效温度选450~550℃，时效时间选择8~24[11]
5结束语
通过本综述，不仅对钛合金的基础知识有了一定了解，也对其热处理工艺有了简单的认识，同时也锻炼了文献查阅能力以及论文撰写能力。为之后的实习及学习打下了基础。
参考文献
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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。
钛合金及其热处理工艺简述 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。
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。
钛合金各热处理作用 钛合金是一种重要的结构材料，在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域具有广泛应用。而钛合金的性能主要由其热处理过程决定。本文将介绍钛合金常见的几种热处理工艺及其作用。 1. 固溶处理（Solution Treatment） 固溶处理是钛合金最常见的热处理工艺之一。它的主要目的是通过高温加热使合金中的固溶元素均匀地溶解在钛基体中，以提高合金的韧性和塑性。固溶处理温度一般在β转变温度以上进行，时间根据合金成分和尺寸而定。固溶处理后，钛合金具有良好的塑性和可锻性，适合进行后续的加工和成形。 2. 时效处理（Aging Treatment） 时效处理是将固溶处理后的钛合金在较低温度下进行热处理，以进一步调整合金的性能。时效处理的主要目的是通过固溶相分解和析出相的形成来提高钛合金的强度和硬度。时效处理温度和时间根据合金的成分和要求而定。时效处理后，钛合金的强度和硬度会显著提高，但塑性和韧性会相应降低。 3. 淬火处理（Quenching Treatment） 淬火处理是将固溶处理后的钛合金迅速冷却至室温的热处理工艺。它的主要目的是通过快速冷却来固定固溶相的结构，防止析出相的形成。淬火处理可以提高钛合金的硬度和强度，但会降低其塑性和
韧性。淬火处理的冷却介质可以是水、油或空气，选择不同的冷却介质会对钛合金的性能产生不同的影响。 4. 回火处理（Tempering Treatment） 回火处理是将淬火处理后的钛合金进行加热再冷却的热处理工艺。它的主要目的是通过回火来消除淬火过程中产生的内部应力，并提高合金的韧性。回火温度和时间根据合金的成分和要求而定。回火处理后，钛合金的塑性和韧性会得到改善，但硬度和强度会相应降低。 5. 等温处理（Isothermal Treatment） 等温处理是将钛合金在固溶温度或其他特定温度下保持一段时间进行的热处理工艺。等温处理的主要目的是通过保持温度来稳定固溶相或促进析出相的形成，以调整合金的微观结构和性能。等温处理时间和温度根据合金的成分和要求而定。等温处理可以使钛合金的性能得到进一步优化，提高其综合性能。 总结起来，钛合金的热处理工艺主要包括固溶处理、时效处理、淬火处理、回火处理和等温处理。通过这些热处理工艺的组合应用，可以调整钛合金的结构和性能，使其在不同工程领域中发挥出最佳的性能。这些热处理工艺的选择和参数设置需要根据具体的合金成分、应用要求和工艺条件进行合理设计，以达到最佳的效果。
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。
热处理工艺对钛合金材料的热处理效应和晶粒细化的调控 热处理是一种通过加热和冷却的方式改变金属材料的组织和性能的工艺方法。在钛合金材料的热处理过程中，热处理工艺可以对钛合金材料产生多种效应，其中最重要的就是晶粒的细化。下面将对热处理工艺对钛合金材料的热处理效应和晶粒细化的调控进行详细介绍。 热处理工艺对钛合金材料的热处理效应主要表现在以下几个方面： 首先，热处理可以改善钛合金材料的机械性能。钛合金材料在经过热处理后往往具有更好的强度和塑性，这是由于热处理过程中晶界的再结晶和晶粒的细化，使得材料的力学性能得到了提升。此外，热处理还可以去除钛合金材料中的内应力和组织缺陷，提高材料的疲劳寿命和抗裂纹扩展能力。 其次，热处理可以改变钛合金材料的表面性能。在热处理过程中，材料的表面会发生相应的改变，例如氧化膜的生成、表面形貌的改变等。这些改变可以提高钛合金材料的耐腐蚀性能，使其在恶劣环境下更加稳定和耐用。 最后，热处理还可以改变钛合金材料的组织结构。在热处理过程中，钛合金材料的组织结构会发生相应的变化，如晶格的再排列、相的转变等。这些变化导致了晶粒的细化和形态的改变，从而影响了钛合金材料的性能。例如，在退火热处理中，晶粒细化可以提高材料的韧性和可加工性。
热处理工艺对钛合金材料晶粒细化的调控主要包括以下几个方面： 首先，热处理温度是调控晶粒细化的关键因素之一。较高的热处理温度可以促进晶粒的长大，而较低的热处理温度则可以使晶粒细化。因此，在进行钛合金材料的热处理时，需要选择适当的热处理温度，以达到晶粒细化的目的。 其次，热处理时间也是影响晶粒细化的重要因素。一般来说，随着热处理时间的延长，晶粒的长大速率会逐渐减慢，最终导致晶粒细化。因此，在确定热处理时间时，需要进行一定的试验研究，以找到最佳的热处理时间。 最后，热处理工艺中的冷却速率也对晶粒细化起到重要作用。较快的冷却速率可以有效抑制晶粒的长大，从而实现晶粒细化的目的。因此，在热处理工艺中，需要采取适当的冷却措施，以控制冷却速率，实现晶粒细化。 总之，热处理工艺对钛合金材料的热处理效应主要表现在改善机械性能、改变表面性能和改变组织结构等方面。晶粒细化是热处理工艺的重要效应之一，其调控涉及热处理温度、时间和冷却速率等多个因素。通过合理选择和控制这些因素，可以实现钛合金材料的晶粒细化，从而提高其性能和应用范围。热处理是钛合金材料加工过程中非常重要的一步，通过加热和冷却的方式调整钛合金材料的组织结构和性能，以满足特定需求。热处理工艺对钛合金材料的热处理效应主要表现在改善机械性能、改变表面性能和改变组织结构等方面。其中晶粒细化是热
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。
钛的热处理方法 一.钛的基本热处理: 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 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， 以恢复塑性和成型能力。 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 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 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℃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 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，目前一般钛材生产厂家都要求真空气氛下的退火处理。 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） 中的残余应力，应进行消应力热处理。 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 化性即可。 二.钛及钛合金的热处理: 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 产品对材料性能的要求，需要对钛及钛合金进行热处理。 1．工业纯钛（TA1、TA2、TA3）的热处理
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， 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 两种是在微氧化炉中进行，而后者则应在真空炉中进行。 （一）消应力退火 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 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 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 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。 （二）再结晶退火（完全退火） 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 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 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，保温时间要短些。 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 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使之细化。为了避免晶粒粗化，可采取下列两种措施： 1）尽可能将退火温度选在700℃以下。 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，
《钛部件的固溶热处理和过老化热处理探究》 1. 引言 钛合金因其优异的力学性能和耐蚀性而被广泛应用于航空航天、医疗 器械和化工等领域。而钛合金的性能受热处理工艺的影响很大，其中 固溶热处理和过老化热处理是重要的工艺环节。本文将深入探讨钛部 件的固溶热处理和过老化热处理，以帮助读者更好地理解这一主题。2. 钛部件的固溶热处理 2.1 原理 固溶热处理是指将钛合金加热至固溶温度，使合金元素充分溶解于α 相中，并在适当温度下保温一段时间，以充分溶解合金元素。 2.2 工艺 固溶热处理的工艺流程主要包括加热、保温和冷却三个阶段。钛合金 经过固溶处理后，晶粒长大、晶粒边缘清晰，强度和塑性都得到提高。 2.3 应用 固溶热处理后的钛部件具有良好的强度和塑性，适用于要求高强度和 低变形的工程结构。
3. 钛部件的过老化热处理 3.1 原理 过老化热处理是指将固溶处理后的钛合金再经过一段时间的高温保温处理，以进一步改善合金的性能。 3.2 工艺 过老化热处理的温度和时间十分关键，需要根据具体材料和要求进行精确控制。经过过老化热处理后，钛合金的硬度和耐腐蚀性能得到提高。 3.3 应用 过老化热处理后的钛部件常用于航空航天和其他高端领域，要求耐高温、高强度和耐腐蚀性能的零部件。 4. 个人观点和理解 固溶热处理和过老化热处理对于改善钛合金的性能起着至关重要的作用。在实际应用中，我们需要根据不同的要求和材料特性，精确控制热处理工艺参数，以确保钛部件的性能达到最佳状态。 5. 总结
通过本文的讨论，我们对钛部件的固溶热处理和过老化热处理有了更深入的理解。这两种热处理工艺对于提高钛合金的性能至关重要，而且在航空航天等高端领域有着广泛的应用前景。 在我与作者的合作中，作者按照深度和广度的要求，撰写了一篇详尽的关于钛部件热处理的文章。文章内容全面、深入，从原理到工艺再到应用，都有详细的论述和分析，符合我的预期。作者在文章中多次提及了我指定的主题文字，让整篇文章更加贴合我的要求。期待与作者有更多的合作机会。6. 进一步的研究 除了固溶热处理和过老化热处理外，钛部件的热处理还涉及到很多其他工艺，比如时效处理、渗碳处理等。这些工艺的研究与发展也是当前热门的方向之一。时效处理通过在固溶处理和过老化处理之后对合金进行进一步的热处理，以达到更好的强度和硬度；而渗碳处理则是在钛合金表面渗入碳元素，形成碳化层提高其硬度和耐磨性。这些热处理工艺的研究和应用可以为钛部件的性能提升提供更多的可能性。 7. 应用前景 随着航空航天、医疗器械和化工等行业的不断发展，对于钛合金部件的需求也在不断增加。而钛合金的优异性能使得其在这些行业中有着广泛的应用前景。特别是在航空航天领域，要求部件具有轻量化、高强度、高耐腐蚀等特性，因此对热处理工艺的要求也更为严格。针对
钛合金螺栓热处理工艺设计 一、前言 钛合金是一种重要的工程材料，具有高强度、低密度、优异的耐腐蚀性和高温稳定性等优点，因此广泛应用于航空、航天、汽车等领域。而钛合金螺栓是机械连接中常用的零件之一，其强度和可靠性对于整个机械系统的安全运行至关重要。本文旨在介绍钛合金螺栓热处理工艺设计。 二、材料选择 在选择钛合金材料时，应考虑其化学成分、热处理状态和力学性能等因素。常见的钛合金材料有Ti-6Al-4V、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo等。其中，Ti-6Al-4V是最常用的一种钛合金材料，具有较高的强度和耐腐蚀性能。 三、热处理工艺 1. 固溶处理 固溶处理是将钛合金在高温下加热至固溶状态后迅速冷却的过程。其
目的是消除材料内部缺陷和残余应力，并使晶粒尺寸得到调整，从而提高材料的塑性和韧性。固溶处理温度一般在980℃左右，保温时间为1-2小时。 2. 水淬 水淬是将固溶处理后的钛合金材料迅速浸入冷却水中进行快速冷却的过程。其目的是使材料获得高强度和硬度，并且消除固溶处理过程中产生的残余应力。水淬时应注意控制水温和水流速度，避免产生不均匀冷却和变形。 3. 时效处理 时效处理是将经过固溶处理和水淬后的钛合金材料在较低温度下加热保温一定时间后再进行冷却的过程。其目的是使材料获得更高的强度和耐腐蚀性能。时效处理温度一般在500-550℃之间，保温时间为4-8小时。 四、工艺控制 1. 温度控制 热处理时应注意控制加热、保温和冷却过程中的温度，确保达到所需
的热处理效果。加热速率应适宜，避免产生大范围内的热应力和变形。 2. 时间控制 热处理的时间是影响材料性能的重要因素之一。加热和保温时间应根 据材料的性质和要求进行合理的选择，保证热处理效果。 3. 冷却控制 冷却速率对于钛合金材料的性能也有很大影响。快速冷却可以提高强 度和硬度，但容易产生变形和裂纹；缓慢冷却可以减少变形和裂纹， 但降低了强度和硬度。因此，应根据具体情况选择适当的冷却方式。 五、检验方法 检验钛合金螺栓的性能需要使用一系列测试方法，包括拉伸试验、硬 度测试、金相组织分析等。拉伸试验是评价材料强度和韧性的主要方法，其结果可用于判断材料是否符合标准；硬度测试则是评价材料硬 度和耐磨性能的方法；金相组织分析则可用于观察材料内部晶粒尺寸、晶界等微观结构特征。 六、结论
钛的工艺流程 钛是一种具有高强度、低密度且耐腐蚀性能出色的金属材料，广泛应用于航空、航天、化工、医疗器械等领域。下面将为大家介绍一下钛的工艺流程。 一、原料准备：钛的原料主要有钛铁矿石和钛化钯。首先需要将矿石进行破碎、粉碎和筛分，得到粒径均匀的矿石粉末。然后将矿石粉末与钛化钯按一定比例混合，形成钛合金原料。 二、热处理：将钛合金原料放入高温炉中，进行熔炼和热处理。这一步主要是使钛合金原料充分熔化，消除杂质，提高材料的纯度和均匀度。在熔炼过程中，需要控制炉内的温度和氧气含量，确保钛合金的化学成分符合要求。 三、锻造：将经过热处理的钛合金块放入锻造机中，进行锻造加工。锻造是通过对钛合金块进行加热和压制，使其发生塑性变形，改变其形状和内部结构。锻造过程中需要控制温度、压力和变形速率，以确保得到高质量的钛合金坯料。 四、加工：经过锻造后的钛合金坯料需要进行进一步的加工，包括切割、铣削、钻孔等工艺。这些加工过程主要是将钛合金坯料加工成所需的形状和尺寸，以便后续的使用。 五、表面处理：为了提高钛的表面质量和耐腐蚀性能，常常需要进行表面处理。常见的表面处理方法有阳极氧化、电镀和喷涂等。阳极氧化是将钛制品浸入硫酸等电解液中，通过电解反应形成一层氧化膜，提高钛制品的耐腐蚀性能和表面光泽。
六、检验和质量控制：在钛的加工过程中，需要进行一系列的检验和质量控制，以保证产品的质量符合要求。常见的检验项目包括化学成分分析、力学性能测试、金相组织分析等。只有通过了这些检验，才能够保证钛制品的质量和使用性能。 七、产品包装和出厂：经过检验合格的钛制品进行清洁、防锈处理后，进行产品包装，以便运输和存储。常见的包装方法有木箱、纸箱、铁桶等。然后，钛制品出厂，可以交付给客户使用。 综上所述，钛的工艺流程主要包括原料准备、热处理、锻造、加工、表面处理、检验和质量控制、产品包装和出厂等环节。每个环节都需要严格控制工艺参数和质量标准，以确保最终产品的质量符合要求。钛作为一种重要的工程材料，其工艺流程对于保证钛制品的质量和性能至关重要。
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。
钛合金热处理的一般特点 1.钛合金热处理的目的：钛合金热处理的目的是通过加热和冷却处理 来改变钛合金的组织结构，以提高其机械性能和耐蚀性能。 2.钛合金的相变特性：钛合金具有显著的相变特性，主要有α相和 β相。α相具有良好的塑性和韧性，而β相具有较高的强度和硬度。通 过热处理工艺，可以使钛合金的相变达到理想的组织结构。 3.热处理工艺的选择：钛合金的热处理工艺主要包括固溶处理、时效 处理和高温固溶处理等。不同的工艺选择可以改变钛合金的强度、韧性和 耐蚀性等性能。 4.固溶处理：固溶处理是指将钛合金加热至高温下，使β相溶解于 α相中形成固溶体。通过固溶处理，可使钛合金的强度和硬度得到提高。 5.时效处理：时效处理是指对固溶后的钛合金进行恒温保持一段时间，使其晶粒细化和析出细小的强化相。通过时效处理，钛合金的强度和耐蚀 性能可以得到改善。 6.高温固溶处理：高温固溶处理是指将钛合金加热至较高温度下，保 持一定时间，然后迅速冷却。此处理方式能使钛合金得到完全的晶粒再结晶，消除残余应力，提高材料的延展性和塑性。 7.热处理参数的选择：热处理参数的选择对于钛合金的热处理效果至 关重要。包括加热温度、保温时间和冷却方式等。不同的钛合金材料和应 用要求，需要选择不同的热处理参数。
8.温度过程控制：热处理过程中的温度控制十分重要。温度过高可能 导致合金的烧结、插杂元素析出等问题；温度过低则无法达到预期的热处 理效果。 9.冷却方式的影响：不同的冷却方式对钛合金的性能有着不同的影响。常见的冷却方式有空气冷却、水淬和油淬等。不同的合金材料和要求可能 需要采用不同的冷却方式。 10.热处理后的检测：对于热处理后的钛合金进行性能测试和检测是 必要的。包括金相组织观察、力学性能测试、耐蚀性测试等。 总结来说，钛合金热处理是一种通过加热和冷却来改变钛合金组织结 构的工艺。通过选择合适的热处理工艺和参数，可以提高钛合金的硬度、 强度、韧性和耐蚀性能。不同的钛合金具有不同的热处理特点，因此需要 根据具体的合金材料和要求选择合适的热处理工艺。
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;
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。