第五章钛及钛合金的热处理
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钛及钛合金热处理工艺
冷却方式 空冷或更慢冷 空冷或更慢冷
合金牌号 TA1 TA2 TA3 TC4
棒材\线材\锻件\铸件 加热温度/℃ 630-815 700-850
合金牌号 TA1, TA2 TA3 TC4
加热温度/℃ 700-750 800
钛及钛合金管材真空退火工艺 坯料退火和中间退火 出炉温度(不高于)/℃ 保温时间/min 温度/℃ 60 200 650-680 60 200 700-750 钛合金固溶处理工艺
钛及钛合金的β 转变温度(Tβ ) 合金种类 工业纯钛 α +β 型 合金牌号 TA1,ZTA1 TA2 TA3 TC4 ZTC4 名义β 转变温度/℃ 900 910 930 995
合金种类 工业纯钛 α +β 型
钛及钛合金的去应力退火工艺 合金牌号 加热温度/℃ TA1, TA2 TA3 445-595 ZTA1 600-750 TC4 480-650 ZTC4 600-800
保温时间/min 15-360 60-240 60-360 60-240 钛及钛合金完全退火工艺
合金种类 工业纯钛 α +β 型
合金牌号 TA1 TA2 TA3 TC4
板材\带材\箔材\管材 加热温度/℃ 保温时间/min 630-815 15-120 520-570 15-120 700-870 15-120
成品退火 保温时间/min 45-60 45-60
出炉温度(不高于)/℃
100-150 150
合金类型 α +β 型
合金牌号 TC4
板材\带材\箔材 加热温度/℃ 890-970 钛合金时效工艺 保温时间/min 2-90
棒材\线材\锻件\铸件 保温时间/min 加热温度/℃ 890-970 20-120
钛及钛合金的热处理及耐蚀性表面处理
钛及钛合金的热处理及耐蚀性表面处理1 有关热处理的标准与热处理炉钛及钛合金的热处理条件虽然在JIS或ASTM中都没有标准化，但在美国军用标准（MIL —H81200）中有详细的规定，下表列出了根据该标准整理的纯钛和钛合金的热处理温度、*ELI表示氧、氮等间隙元素特别低的材料在MIL标准中还规定了热处理炉的炉膛温度分布均匀性，要求退火或固溶处理时不超过±14℃，时效处理时不超过±8.3℃，针对这些要求希望采用具有（1）可控硅控制的电源；（2）升温、保温、冷却的程序控制机构；（3）用风扇搅拌炉内空气等功能的电炉。
在使用燃烧炉的时候，必须注意（1）为了防止吸氢，保持微氧化性气氛；（2）被处理材料装入马弗缸内，不要直接接触火焰。
2 退火一般地说，金属的退火是使其内部应变消除、加工组织产生恢复与再结晶的热处理。
钛及钛合金的热处理是为了组织稳定化、稳定制品尺寸、提高可切削性以及改善力学性能而实施的。
α合金的退火是在α相区加热，使平衡状态的α相充分地恢复与再结晶，然后再冷却到室温。
冷却速度引起的组织变化很小，快冷或缓冷均可。
α—β合金的退火是在两项区进行。
β合金则是在高于β相变点的温度下退火处理。
Ti-6Al-4V是采取在两相区加热后空冷进行退火的，以便在常温下得到稳定的β相和α相混合组织。
MIL标准规定的退火工艺为690～871℃下加热并保温，然后空冷。
β合金的退火与固溶处理相同。
3 固溶处理所谓固溶处理，就是使所有合金元素溶入基体相中形成均匀的固溶体后快冷到室温，将高温下的组织状态保持下来，获得过饱和固溶体的热处理操作。
由于过饱和固溶体是不稳定的，若在某一温度下重新加热，溶入的元素或者以化合物形态析出或者形成平衡的稳定相，从而达到稳定的状态。
α—β合金的固溶处理是在β相变点以下的两相区加热，类似于铁素体＋奥氏体两相不锈钢的固溶处理。
加热到固溶温度后溶入该温度下处于平衡状态的α和β相中的合金元素是不同的，各自的成分也完全不同于合金的平均组成。
钛及钛合金的热处理及耐蚀性表面处理
钛及钛合金的热处理及耐蚀性表面处理1 有关热处理的标准与热处理炉钛及钛合金的热处理条件虽然在JIS或ASTM中都没有标准化，但在美国军用标准（MIL —H81200）中有详细的规定，下表列出了根据该标准整理的纯钛和钛合金的热处理温度、*ELI表示氧、氮等间隙元素特别低的材料在MIL标准中还规定了热处理炉的炉膛温度分布均匀性，要求退火或固溶处理时不超过±14℃，时效处理时不超过±8.3℃，针对这些要求希望采用具有（1）可控硅控制的电源；（2）升温、保温、冷却的程序控制机构；（3）用风扇搅拌炉内空气等功能的电炉。
在使用燃烧炉的时候，必须注意（1）为了防止吸氢，保持微氧化性气氛；（2）被处理材料装入马弗缸内，不要直接接触火焰。
2 退火一般地说，金属的退火是使其内部应变消除、加工组织产生恢复与再结晶的热处理。
钛及钛合金的热处理是为了组织稳定化、稳定制品尺寸、提高可切削性以及改善力学性能而实施的。
α合金的退火是在α相区加热，使平衡状态的α相充分地恢复与再结晶，然后再冷却到室温。
冷却速度引起的组织变化很小，快冷或缓冷均可。
α—β合金的退火是在两项区进行。
β合金则是在高于β相变点的温度下退火处理。
Ti-6Al-4V是采取在两相区加热后空冷进行退火的，以便在常温下得到稳定的β相和α相混合组织。
MIL标准规定的退火工艺为690～871℃下加热并保温，然后空冷。
β合金的退火与固溶处理相同。
3 固溶处理所谓固溶处理，就是使所有合金元素溶入基体相中形成均匀的固溶体后快冷到室温，将高温下的组织状态保持下来，获得过饱和固溶体的热处理操作。
由于过饱和固溶体是不稳定的，若在某一温度下重新加热，溶入的元素或者以化合物形态析出或者形成平衡的稳定相，从而达到稳定的状态。
α—β合金的固溶处理是在β相变点以下的两相区加热，类似于铁素体＋奥氏体两相不锈钢的固溶处理。
加热到固溶温度后溶入该温度下处于平衡状态的α和β相中的合金元素是不同的，各自的成分也完全不同于合金的平均组成。
钛及钛合金固溶和时效
钛及钛合金固溶和时效
钛及钛合金是一种重要的金属材料，具有优异的力学性能、耐腐蚀性能和生物相容性等特点，因此被广泛应用于航空、航天、医疗、化工等领域。
其中，固溶和时效是钛及钛合金的重要热处理工艺，可以显著提高其力学性能和耐腐蚀性能。
固溶是指将钛及钛合金加热到一定温度，使其内部的合金元素溶解在钛基体中，形成固溶体。
固溶温度和时间是影响固溶效果的重要因素。
一般来说，固溶温度越高、时间越长，合金元素的溶解度越大，固溶效果越好。
但是，过高的固溶温度和时间会导致钛及钛合金的晶粒长大，从而降低其力学性能和耐腐蚀性能。
时效是指将固溶后的钛及钛合金在一定温度下保温一段时间，使其内部的合金元素重新分布，形成一定的强化相，从而提高其力学性能和耐腐蚀性能。
时效温度和时间也是影响时效效果的重要因素。
一般来说，时效温度越高、时间越长，强化相的数量和尺寸越大，时效效果越好。
但是，过高的时效温度和时间会导致钛及钛合金的晶粒长大，从而降低其力学性能和耐腐蚀性能。
固溶和时效是钛及钛合金的重要热处理工艺，可以显著提高其力学性能和耐腐蚀性能。
但是，固溶和时效的温度和时间需要根据具体的合金成分和应用要求进行选择，以充分发挥其优异的性能。
此外，固溶和时效过程中需要注意控制温度和时间，避免过高的温度和时
间导致晶粒长大，从而降低其性能。
钛合金热处理综述
钛合金热处理综述姓名学号目录引言 (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 (21)引言钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，因其具有质轻、高强、耐蚀、耐热、无磁等一系列优良性能，以及形状记忆、超导、储氢、生物相容性四大独特功能，被广泛应用在航空航天、舰船、军工、冶金、化工、海水淡化、轻工、环境保护、医疗器械等领域，并创造了巨大的经济和社会效益，在国民经济发展和国防中占有重要的地位和作用。
钛及钛合金的热处理
钛及钛合金的热处理 钛及钛合金通过程序控制技术和各种热处理工艺可获得不同特性的产品,表1～表4列出了工业纯钛及部分钛合金的热处理工艺。
表1 工业纯钛和部分钛合金的β相变温度合 金β相变温度℃,±15°υ,±25°工业纯钛,0125%O2最大9101675工业纯钛,014%O2最大9451735α或近α合金Ti25Al2215Sn10501925Ti28Al21Mo21V10401900Ti2215Cu(IM I230)8951645Ti26Al22Sn24Zr22Mo9951820Ti26Al25Zr2015Mo2012Si(IM I685)10201870Ti2515Al2315Sn23Zr21Nb2013Mo2013Si(IM I829)10151860Ti2518Al24Sn2315Zr2017Nb2015Mo2013Si(IM I834)10451915Ti26Al22Cb21Ta2018Mo10151860Ti2013Mo2018Ni(TiCode12)8801615α2β合金Ti26Al24V1000(a)1830(b) Ti26Al27Nb(IM I367)10101850Ti26Al26V22Sn(Cu+Fe)9451735Ti23Al2215V9351715Ti26Al22Sn24Zr26Mo9401720Ti24Al24Mo22Sn2015Si(IM I550)9751785Ti24Al24Mo24Sn2015Si(IM I550)10501920Ti25Al22Sn22Zr24Mo24Cr(Ti217)9001650Ti27Al24Mo10001840Ti26Al22Sn22Zr22Mo22Cr20125Si9701780Ti28Mn800(c)1475(d)β或近β合金Ti213V211Cr23Al7201330Ti21115Mo26Zr2415Sn(βШ)7601400Ti23Al28V26Cr24Zr24Mo(βC)7951460Ti210V22Fe23Al8051480Ti215V23Al23Cr23Sn7601400 (a)±20℃,(b)±30υ,(c)±35℃,(d)±50υ。
钛合金热处理的一般特点
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。
第五章_钛及钛合金的热处理
5.1.2 钛的合金化
周期表中各元素按与钛作用性质可纳如下：①在周期表上 与钛同族的元素锆和铪具有与钛相同的外层电子结构和晶 格类型，原子半径也相近，故它们与α和β钛均能无限互溶 ，形成连续固溶体；②在周期表上靠近钛的元素，如钒、
钼、铌、钽等与β钛具有相同的晶格类型，能与β钛无限互
溶，在α钛中有限溶解；③在外层电子结构、晶体类型和 原子尺寸上都与Ti有较大的差异，如锰、铁、钴、镍等元 素与钛只能形成有限的固溶体，超过溶解极限则形成化合 物。
将工件加热到再结晶温度以上进行的退火工艺。在这一退 火中主要发生再结晶，使加工硬化消除，组织稳定，塑性 提高。退火温度介于再结晶温度和相变温度之间。
再结晶温度过高，会导致组织粗大。
（5）真空退火 目的：使钛合金表面层的含氢量降低到安全浓度，消除产生氢 脆的可能性。此外，降低残余应力和保证合金的力学性能及 使用性能等。 注意事项： 把钛合金表面层的氢浓度降低到在以后的使用过程中不会产 生氢脆（慢性断裂）的水平； 将残余应力（特别是焊接应力）降低到不能对钛合金构件的 使用特性产生负面影响的水平； 不许保证钛合金构件应有的力学性能和使用性能，必须把合 金元素从表面层的蒸发等不利因素降低到最低水平； 使退火构件保持原有的尺寸； 在真空退火件表面上形成氧化膜，防止金属与水汽和其它含 氢气体相互作用。 影响因素：退火温度和保温时间
随着杂质含量的增加，钛的强度升高，塑性下降。
5.1.2 钛的合金化
纯钛虽然其塑性和韧性很好，但强度较低，影响了 应用范围。加入适当的合金元素后，可以明显地改 善其组织和性能，满足工程上的性能和要求。
5.1.2.1 钛与其他元素之间的作用
钛与其他合金元素之间的作用，取决于原子的电子 层结构、原子半径、晶格类型等诸因素。
钛合金相变和热处理
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。
钛合金的热处理
钦合金 的热处理
商品 化 的钦合 金材料 的 热处理通 常是 在 两项 范围 内 邢 先用 溶液 处理 在 溶液 温变为任 何值 时 平 衡的相 结构是 决定 最 高合金强 度 的重要因 素 这些 结构 在 研究时用 显微探针分析 仪 恭 ! 出来 了 蹄 一 %∀ ∃ 一 & ∋ 我们对 ∀ # ∃ 后金 作过分 析 把 样板 置 于 ( ) ∗ + , 炉 中 ( 小时 一 把炉 温 降至 十 日 区域 使 其温 度 附 寺 定 长 的时 间 然而 卜 日范围 内 用水 淬火 达到室 温 对五 种 经 溶液 处 理过 的 祥板 都 在 1 在 ( − ∗ + 一( ∗ ∗ + 万 / ∗ & 一 & 0 , 乏 度范圆 内进行绷 量 忌 相 和 日相 的 结构 由显 微探针分 析仪 测 出 见 表
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钛及钛合金
1.2 钛及钛合金的分类及用途
钛在地壳中的含量约为1%。钛及其合金由于具有比强度高、耐热性好、耐蚀性能优 异等突出优点，自1952年正式作为结构材料使用以来发展极为迅速，目前在航空工业和 化工工业中得到了广泛的应用。但钛的化学性质十分活泼，因此钛及其合金的熔铸、焊 接和部分热处理均要在真空或惰性气体中进行，致使生产成本高，价格较其他金属材料 昂贵得多。
定元素含量的增加而提高。由于应用在较高温度时，淬火加时效后的 组织不如退火后的组织稳定，故多在退火状态下使用。
α+β 型钛合金的室温强度和塑性高于α 型钛合金，但焊接性能不 如 α钛合金，组织也不够稳定。α+β 型钛合金的生产工艺比较简单，
通过改变成分和选择热处理方式又能在很宽的范围内改变合金的性能，
2 钛合金
在钛中加入合金元素形成钛合金，可使工业纯钛的强度获得明显提高。钛合金与纯钛 一样，也具有同素异构转变，转变的温度随加入的合金元素的性质和含量而定。按其对钛 的同素异构转变温度影响的不同，加入的合金元素通常分为以下三类。 ➢ α 相稳定元素：扩大 α相区，使 α β 转变的温度升高的元素，如Al，O，N，C等。 ➢ β 相稳定元素：扩大 相区，使 β α 转变的温度降低的元素。根据该类元素与钛所形 成相图的不同，又将其细分为 β 同晶型元素（如Mo，V，Nb，Ta及稀土等）和 β 共析型 元素（如Cr，Fe，Mn，Cu，Si等）。 ➢ 中性元素：对相变温度影响不大的元素，如Zr，Sn等。
合金的性能，故该类元素是可热处理强化 钛合金中不可缺少的。
按退火状态下相组成的不同，钛合金 可分为α型钛合金、β型钛合金和 α+β 型钛 合 金 三 大 类 ， 分 别 以 “ TA ” “ TB ” 或 “TC” +顺序号表示其牌号。
钛在地壳中的含量约为1%。钛及其合金由于具有比强度高、耐热性好、耐蚀性能优 异等突出优点，自1952年正式作为结构材料使用以来发展极为迅速，目前在航空工业和 化工工业中得到了广泛的应用。但钛的化学性质十分活泼，因此钛及其合金的熔铸、焊 接和部分热处理均要在真空或惰性气体中进行，致使生产成本高，价格较其他金属材料 昂贵得多。
定元素含量的增加而提高。由于应用在较高温度时，淬火加时效后的 组织不如退火后的组织稳定，故多在退火状态下使用。
α+β 型钛合金的室温强度和塑性高于α 型钛合金，但焊接性能不 如 α钛合金，组织也不够稳定。α+β 型钛合金的生产工艺比较简单，
通过改变成分和选择热处理方式又能在很宽的范围内改变合金的性能，
2 钛合金
在钛中加入合金元素形成钛合金，可使工业纯钛的强度获得明显提高。钛合金与纯钛 一样，也具有同素异构转变，转变的温度随加入的合金元素的性质和含量而定。按其对钛 的同素异构转变温度影响的不同，加入的合金元素通常分为以下三类。 ➢ α 相稳定元素：扩大 α相区，使 α β 转变的温度升高的元素，如Al，O，N，C等。 ➢ β 相稳定元素：扩大 相区，使 β α 转变的温度降低的元素。根据该类元素与钛所形 成相图的不同，又将其细分为 β 同晶型元素（如Mo，V，Nb，Ta及稀土等）和 β 共析型 元素（如Cr，Fe，Mn，Cu，Si等）。 ➢ 中性元素：对相变温度影响不大的元素，如Zr，Sn等。
合金的性能，故该类元素是可热处理强化 钛合金中不可缺少的。
按退火状态下相组成的不同，钛合金 可分为α型钛合金、β型钛合金和 α+β 型钛 合 金 三 大 类 ， 分 别 以 “ TA ” “ TB ” 或 “TC” +顺序号表示其牌号。
钛合金的热处理PPT资料优秀版
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库 热处理后的组织相图中可见白色α相和黑色亚稳定β相及从β相中弥散析出的α相细针。 （1）去应力退火：消除冷变形、铸造及焊接等工艺过程中产生的内应力。 职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库 低温淬火β相中所含β稳定元素大于临界浓度，得到亚稳定β＋α，再经时效β相分解为弥散相使合金强化。
金属材料与热处理
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
二、淬火时效
用于α+β、α+化合物和亚稳定β型钛合金，是 强化钛合金的热处理方法。淬火温度一般选在 α+β两相区的上部范围。时效温度一般在450～ 550℃之间，时间为几小时至几十小时。
金属材料与热处理
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
钛淬合火金 和的时（热效处能2理使）主合要金完有获退得全火高、的退淬强火度火时。效：、化消学热除处理加。工硬化、稳定组织和提高塑性。退
热处理后的组织相图中可见白色α相和黑色亚稳定β相及从β相中弥散析出的α相细针。
火温度介于再结晶温度和相变温度之间，空冷。 低温淬火β相中所含β稳定元素大于临界浓度，得到亚稳定β＋α，再经时效β相分解为弥散相使合金强化。
化。而钛合金淬火所得马氏体硬度不高，强化效果小， 回火使钛合金产生弥散强化。
（2）钢只有一种马氏体强化机理，而同一成分的α+β型钛合 金有两种强化机理：高温淬火β相中所含β稳定元素小于临 界浓度，得到马氏体，时效时马氏体分解产生弥散强化； 低温淬火β相中所含β稳定元素大于临界浓度，得到亚稳定 β＋α，再经时效β相分解为弥散相使合金强化。
热处理后的组织相图中可见白色α相和黑色亚稳定β相及从β相中弥散析出的α相细针。 退火温度一般为450～650℃，所需时间取决于工件厚度和残余应力大小，空冷。 （1）钢淬火所得马氏体硬度高，强化效果大，回火使钢软化。
金属材料与热处理
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
二、淬火时效
用于α+β、α+化合物和亚稳定β型钛合金，是 强化钛合金的热处理方法。淬火温度一般选在 α+β两相区的上部范围。时效温度一般在450～ 550℃之间，时间为几小时至几十小时。
金属材料与热处理
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钛淬合火金 和的时（热效处能2理使）主合要金完有获退得全火高、的退淬强火度火时。效：、化消学热除处理加。工硬化、稳定组织和提高塑性。退
热处理后的组织相图中可见白色α相和黑色亚稳定β相及从β相中弥散析出的α相细针。
火温度介于再结晶温度和相变温度之间，空冷。 低温淬火β相中所含β稳定元素大于临界浓度，得到亚稳定β＋α，再经时效β相分解为弥散相使合金强化。
化。而钛合金淬火所得马氏体硬度不高，强化效果小， 回火使钛合金产生弥散强化。
（2）钢只有一种马氏体强化机理，而同一成分的α+β型钛合 金有两种强化机理：高温淬火β相中所含β稳定元素小于临 界浓度，得到马氏体，时效时马氏体分解产生弥散强化； 低温淬火β相中所含β稳定元素大于临界浓度，得到亚稳定 β＋α，再经时效β相分解为弥散相使合金强化。
热处理后的组织相图中可见白色α相和黑色亚稳定β相及从β相中弥散析出的α相细针。 退火温度一般为450～650℃，所需时间取决于工件厚度和残余应力大小，空冷。 （1）钢淬火所得马氏体硬度高，强化效果大，回火使钢软化。
钛合金材料热处理工艺研究
钛合金材料热处理工艺研究钛合金作为一种重要的结构材料，具有优异的耐腐蚀性、高比强度和优良的热特性，广泛应用于航空航天、汽车、能源领域等。
而钛合金材料热处理工艺的研究和应用，对于提高钛合金材料的性能和延长其寿命具有重要意义。
本文将从钛合金材料热处理工艺的基本原理、常见工艺方法和的应用进行探讨。
钛合金材料的热处理工艺是通过一系列的操作来改变其微观结构和性能的。
基本原理是通过加热和冷却等过程改变钛合金的晶体结构和化学成分，以获得所需的材料性能。
钛合金的热处理工艺可以分为固溶处理、时效处理和淬火处理等。
固溶处理是将钛合金加热至固溶区的温度，使其中的合金元素均匀溶解在α相中，然后迅速冷却。
这种处理方式可以消除钛合金中的过饱和组元、均匀固溶体，并提高其塑性和可加工性。
此外，固溶处理还可以通过加热和冷却过程中的相变来改变钛合金的晶粒尺寸和晶界结构，从而影响材料的强度和韧性。
时效处理是在固溶处理后，将钛合金加热至较低的温度下保温一定时间，然后再冷却。
这种处理方式主要是使α相内形成细小均匀的析出物，并通过析出物的交互作用来提高钛合金的硬度和强度。
时效处理的温度和时间取决于具体的合金成分和性能要求。
淬火处理是将固溶处理过的钛合金迅速冷却至室温以下，以达到固溶体瞬间固化的处理方式。
淬火处理可以提高钛合金的硬度和强度，但同时也容易导致材料的脆性增加。
因此，在进行淬火处理时需要根据具体材料的使用要求和条件进行控制，以获得理想的材料性能。
在实际应用中，钛合金材料的热处理工艺主要是根据具体的应用要求和性能需求进行选择。
例如，航空航天领域对于钛合金材料的高强度和耐腐蚀性要求较高，因此常采用固溶处理和时效处理的组合工艺。
汽车领域则更注重材料的耐磨损性和抗腐蚀性，因此可以选择固溶处理和表面处理的组合工艺。
能源领域对于钛合金材料的高温性能要求较高，因此可以采用时效处理和高温热处理的组合工艺。
除了基本的固溶处理、时效处理和淬火处理，还存在其他一些特殊的热处理工艺。
钛合金相变及热处理
钛合金相变及热处理问题αγ
1β相冷却转变
钛合金被加热到β相区后，自高温冷却时，根据合金成分和冷却条件不同可能发生以下转变：β→α+β；β→α+T i x M y；β→α’或α’’， β→ω。
图1 Ti-Al二元相图
对于α+β型钛合金不同冷却速度对其相变的影响，结果表明：冷却速度≥410℃时，只发生马氏体相变；冷速在20℃~410℃时，发生块状转变；冷速继续降低时，将以扩散型转变为主。
1.1β相在快速冷却过程的转变
钛合金自高温快速冷却时，视合金成分不同，β相可转变为马氏体α’相或α’’、 ω或过冷β等亚稳定相。
1.1.1马氏体相变
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控制，仍然发生了改变。
这种原始β相得成分为发生变化，但晶体结构发生了变化的过饱和固溶体是马氏体。
如果合金的浓度高，马氏体转变点M s降低至室温以下，β相将被冻结到室
温，这种β相称为过冷β相或残余β相；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为六方马氏体，一般以α’表示，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为斜方马氏体，一般以α’’表示。
钛及钛合金材料与热处理 教学PPT课件
系数（与玻璃的相近）均较低。 纯钛的强度低、塑形好，易于冷加工变形，其退火状态的力学性能与纯铁相近。 钛的性能受杂质的影响很大，少量的杂质就会使钛的强度激增，塑性显著下降。
4
金属材料热处理
1.1纯钛化学性能
•室温下钛比较稳定，高温下很活泼，熔化态能与绝大多数坩埚或造型材料发生作用。 • 高温下与卤素、氧、硫、碳、氮等进行强烈反应。 • 钛在真空或惰性气氛下熔炼，如真空自耗电弧炉、电子束炉、等离子熔炉等设备熔炼。 • 钛在氮气中加热即能发生燃烧，钛尘在空气中有爆炸危险，所以钛材加热和焊接宜用 氩气作保护气体。 • 钛在室温可吸收氢气，在500℃以上吸气能力尤为强烈，故可作为高真空电子仪器的 脱气剂；利用钛吸氢和放氢的特性，可以作储氢材料。
钛 合 金 列 管 式 换 热 器
18
金属材料热处理
1.4钛合金的热处理
钛合金热处理类型：退火、淬火及时效。 1、退火 目的：1.消除内应力。
2.提高塑性，保证一定的力学性能。 3.稳定组织。 退火用于各种钛合金，是纯钛和α型钛合金的唯一热处理方式。 第一次退火温度高于或接近再结晶终了温度，使再结晶充分进行又不至于晶粒长 大，二次退火加热温度稍低，但保温时间较长，使β相充分地分解聚集，从而保证使 用状态组织及性能稳定。
5
金属材料热处理
1.1纯钛耐蚀性能
•钛的标准电极电位很低(E=－1.63V)，但钛的致钝电位亦低，故钛容易钝化。 • 常温下钛表面极易形成由氧化物和氮化物组成的钝化膜，它在大气及许多浸蚀性介质中非常稳定， 具有很好的抗蚀性。
• 在大气、海水、氯化物水溶液及氧化性酸(硝酸、铬酸等)和大多数有机酸中，其抗蚀性相当于或超 过不锈钢，在海水中耐蚀性极强，可与白金相比，是海洋开发工程理想的材料。 •钛与生物体有很好相容性，而且无毒，适做生物工程材料。 • 钛在还原性酸(浓硫酸、盐酸、正磷酸)、氢氟酸、氯气、热强碱、某些热浓有机酸及氧化铝溶液中 不稳定，会发生强烈腐蚀。 • 钛在550℃以下能与氧形成致密的氧化膜，具有良好的保护作用。在538℃以下，钛的氧化符合抛 物线规律。但在800℃以上，氧化膜会分解，氧原子以氧化膜为转换层进入金属晶格，此时氧化膜已 失去保护作用，使钛很快氧化。
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金属材料热处理
1.1纯钛化学性能
•室温下钛比较稳定，高温下很活泼，熔化态能与绝大多数坩埚或造型材料发生作用。 • 高温下与卤素、氧、硫、碳、氮等进行强烈反应。 • 钛在真空或惰性气氛下熔炼，如真空自耗电弧炉、电子束炉、等离子熔炉等设备熔炼。 • 钛在氮气中加热即能发生燃烧，钛尘在空气中有爆炸危险，所以钛材加热和焊接宜用 氩气作保护气体。 • 钛在室温可吸收氢气，在500℃以上吸气能力尤为强烈，故可作为高真空电子仪器的 脱气剂；利用钛吸氢和放氢的特性，可以作储氢材料。
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金属材料热处理
1.4钛合金的热处理
钛合金热处理类型：退火、淬火及时效。 1、退火 目的：1.消除内应力。
2.提高塑性，保证一定的力学性能。 3.稳定组织。 退火用于各种钛合金，是纯钛和α型钛合金的唯一热处理方式。 第一次退火温度高于或接近再结晶终了温度，使再结晶充分进行又不至于晶粒长 大，二次退火加热温度稍低，但保温时间较长，使β相充分地分解聚集，从而保证使 用状态组织及性能稳定。
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金属材料热处理
1.1纯钛耐蚀性能
•钛的标准电极电位很低(E=－1.63V)，但钛的致钝电位亦低，故钛容易钝化。 • 常温下钛表面极易形成由氧化物和氮化物组成的钝化膜，它在大气及许多浸蚀性介质中非常稳定， 具有很好的抗蚀性。
• 在大气、海水、氯化物水溶液及氧化性酸(硝酸、铬酸等)和大多数有机酸中，其抗蚀性相当于或超 过不锈钢，在海水中耐蚀性极强，可与白金相比，是海洋开发工程理想的材料。 •钛与生物体有很好相容性，而且无毒，适做生物工程材料。 • 钛在还原性酸(浓硫酸、盐酸、正磷酸)、氢氟酸、氯气、热强碱、某些热浓有机酸及氧化铝溶液中 不稳定，会发生强烈腐蚀。 • 钛在550℃以下能与氧形成致密的氧化膜，具有良好的保护作用。在538℃以下，钛的氧化符合抛 物线规律。但在800℃以上，氧化膜会分解，氧原子以氧化膜为转换层进入金属晶格，此时氧化膜已 失去保护作用，使钛很快氧化。
钛的热处理方法
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。
钛合金制造中的热处理工艺研究
钛合金制造中的热处理工艺研究钛合金是一种具有优异性能的金属材料，在航空航天、汽车工业、医疗器械等领域得到广泛应用。
然而，由于钛合金的特殊性质，制造过程中需要进行热处理以调节材料的组织和性能。
下面，我将介绍钛合金制造中的热处理工艺研究。
首先，热处理是指通过加热和冷却来改变材料的组织和性能。
对于钛合金材料来说，热处理主要包括固溶处理、时效处理和退火处理。
固溶处理是指将钛合金材料加热至固溶温度并保持一段时间后进行快速冷却。
这一处理过程能够提高钛合金的强度和硬度，同时消除材料中的溶质元素。
时效处理是指将固溶处理后的钛合金材料再次加热到一定温度并保持一段时间，然后再进行冷却。
这一处理过程能够进一步调节材料的组织和性能，使其达到最佳的力学性能。
退火处理是指将加工后的钛合金材料加热到适当的温度并保持一段时间后缓慢冷却。
这一处理过程能够消除材料中的应力、改善材料的韧性和可塑性。
在钛合金热处理过程中，温度、时间和冷却速度是关键的工艺参数。
不同合金成分和应用领域需要采用不同的热处理工艺。
此外，钛合金材料的冷却速度也是影响组织和性能的重要因素。
快速冷却可以产生细小的晶粒和均匀的组织，从而提高材料的强度和硬度。
除了传统的热处理工艺，还有一些新的热处理方法被应用于钛合金材料的制造中。
例如，等温处理技术可以在一定温度范围内进行固溶处理和时效处理，从而提高材料的性能。
总之，钛合金制造中的热处理工艺研究对于提高材料的性能和使用寿命至关重要。
通过合理选择和控制工艺参数，可以获得具有优异性能的钛合金材料，满足不同领域的需求。
随着科技的不断进步，热处理技术也将得到进一步的改进和应用，为钛合金材料的制造和应用带来更多的机遇和挑战。
钛合金热处理α晶界
钛合金热处理α晶界
钛合金的热处理是通过不同的热处理工艺来改变其微观结构和性能。
其中，α晶界是钛合金中晶粒之间的界面。
在钛合金的热处理中，可以通过控制热处理温度和时间来调整α晶界的性质。
一般来说，提高热处理温度和时间可以促进晶界的扩散，使晶界区域的原子重新排列，从而提高晶界的稳定性和力学性能。
通过热处理，可以实现以下目的：
1. 晶界清晰化：热处理可以消除钛合金中的一些晶界缺陷和不稳定区域，使晶界更加清晰，提高材料的晶界强度和韧性。
2. 晶界强化：通过合适的热处理工艺，可以使晶界区域形成无序堆垛的层状结构，从而增加晶界的强度和硬度。
3. 晶粒细化：热处理可以通过晶界迁移和再结晶等机制使晶粒细化，从而提高材料的强度和塑性。
需要注意的是，钛合金的热处理需要根据具体合金成分和应用要求来选择合适的工艺参数。
不同的热处理工艺可能会对钛合金的晶界性质产生不同的影响，因此需要进行综合考虑和实验验证。
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铝
钛
660
1668
2.7
4.5
0.52
0.036
22.9
9.0
铁 1535 7.8 0.19 11.7
钛的力学性能
钛的力学性能主要取决于钛的成分、组织以及对其所进行 的加工和热处理工艺等。
钛的力学性能
钛中含有杂质时，强度升高，塑性下降（氮、氧、 碳影响显著）
钛的力学性能 随着变形程度的增大，强度指标升高，塑性下降
（1）Al 7.45% （2） Fe 4.20% （3）Mg 2.35% （4）Ti 0.61%
5.1.1 纯钛
纯钛的化学及物理性能： 化学活性大 钛易吸氢引起氢脆 耐蚀性强（空气中、水中、硝酸中）
钛的主要几个物理性能与铝、铁的比较
物理性能 熔点/℃ 密度/（g/cm3） 热导率/[cal/(cm·s·℃] 线膨胀系数/×10－6℃－1
5.1.2 钛的合金化
5.1.2.2 钛二元相图类型及合金元素的分类 钛的二元相图可分为下列四种主要类型。
5.1.2 钛的合金化
5.1.2 钛的合金化
5.1.2.3 常见合金元素的作用 工业钛合金中常用的合金元素有：铝、锆、锡、
钒、钼、锰、铬、铁、铜、硅等。 铝主要起固溶强化作用，每增加1％Al，可使室温
钛的力学性能
钛的力学性能与热处理制度紧密相联
工业纯钛的牌号、性能 按杂质含量的不同，工业纯钛分为三个等级，TA表示α型 钛合金的代号，数字表示合金的序号，序号越大，钛的纯 度越低。
随着杂质含量的增加，钛的强度升高，塑性下降。
5.1.2 钛的合金化
纯钛虽然其塑性和韧性很好，但强度较低，影响了 应用范围。加入适当的合金元素后，可以明显地改 善其组织和性能，满足工程上的性能和要求。
5.1.2 钛的合金化
（3）α＋β钛合金 这种合金是指其退火组织为α＋β相的钛合金，
也称为两相钛合金。我国这类合金的牌号为TC， 后跟合金序号，如TC4、TC5、TC6等。 （4）钛合金 此类合金含β稳定元素较多。我国这类合金的牌 号为TB，后跟合金序号，如TB1、TB2等。
5.2 钛的相变
抗拉强度增加50MPa。铝在钛中的极限溶解度为 7.5％,一般加铝量不超过7％。 锡和锆为常用的中性元素，在α钛和β钛中均有 较大的溶解度，常和其他元素同时加入，有补充 强化作用，对塑性的不利影响比铝小，使合金具 有良好的压力加工性能和焊接性能。
5.1.2 钛的合金化
钒和钼是β稳定元素中应用最广的两种元素，对 β相起固溶强化作用，降低相变点，增加合金的 淬透性，从而强化热处理强化效果。
锰、铁、铬等元素强化效果高，稳定β的能力强 ，比钨、钼、铌轻，故应用较广。
硅的共析转变温度较高（860℃），加硅可改善合 金的耐热性能。加入少量的硼可以细化宏观组织 。稀土元素可显著地提高合金的瞬时强度和蠕变 强度。
5.1.2 钛的合金化
5.1.2.4工业钛合金的分类和编号 根据钛合金退火（空冷）后的组织特点，钛合金可
5.2.1 同素异构相变
纯钛在固态有两种同素异晶体，即体心立方晶格 的β相和密排六方晶格的α相，在882.5℃发生下 列同素异构转变： 882.5℃ α（密排六方） β（体心立方）
相变特点：
（1）相变体积效应不大 （2）在β相转变为α相的过程中相变阻力及所需过冷度都
很小 （3）钛合金中的同素异构转变，温度对合金的成分极为敏
分为α、近α 、 （α＋β）和β四类。 因这四类的形成与钛合金中所含β稳定元素的数量
1.2 钛的合金化
（1）α钛合金 此合金是指其退火组织以α钛为基体的单相固溶
体的合金。我国α钛合金的牌号为TA后加一个代 表合金序号的数字，如TA1、TA2、TA3等。 （2）近α钛合金 这类合金主要靠α稳定元素固溶强化，另加少量 β稳定元素，以使退火组织中有少量β相。
感 （4）加热温度超过β相变点后，β相长大倾向很大，极易
使β相晶粒粗化
5.2.2 β相转变
5.2.2.1 β相在快冷过程中的转变 当钛合金自高温快速冷却（淬火）时，根据合金成分的不 同， β相可以转变为马氏体、ω相或过冷β等亚稳定相。
（1）形成马氏体 定义：α稳定元素过饱和的固溶体为钛合金的马氏体。 类型： β稳定元素含量不大，六方马氏体α′(板条状和针状)；
5 钛及钛合金的热处理
5.1 钛及钛合金 5.2 钛合金的相变 5.3 钛合金的热处理 5.4 钛合金的组织及其性能 5.5 常用钛合金的热处理制度
5.1 钛及钛合金
钛及钛合金的优点： 密度小、比强度高、耐热性较铝高、良好的耐蚀性
钛及钛合金的缺点： 导热性差、耐磨性差、弹性模量低、化学活性高 钛资源在地壳中的含量
5.2.1 同素异构转变 5.2.2 β相转变 （1）β相在快冷过程中的转变
1）马氏体相变 2）ω相变 3）淬火钛合金的亚稳定相图 （2）β相在慢冷过程中的转变 （3）β相共析反应和等温转变 5.2.3 时效过程亚稳相的分解 （1）六方马氏体α′的分解 （2）斜方马氏体α〞的分解 （3）ω相的分解 （4）亚稳定βm相的分解
β稳定元素含量较大，斜方马氏体α〞(细针状马氏体)；
5.2.2 β相转变
板条马氏 体内有密 集的位错
针状马氏 体内有大 量孪晶
5.2.2 β相转变
途径：淬火或者受力 除淬火时β相可发生马氏体转变外，过冷β相在受力时也可 能发生马氏体转变，称为应力诱发马氏体。应力诱发马氏 体均为α〞晶体结构，为细针状。 钛合金中马氏体不像钢中马氏体能强烈提高合金的强度和 硬度，因为钢中的马氏体为过饱和的间隙固溶体，钛中马 氏体为过饱和的置换固溶体，产生的晶格畸变较小，对位 错滑移的阻力较小，因此对合金只有较小的强化作用。
5.1.2.1 钛与其他元素之间的作用 钛与其他合金元素之间的作用，取决于原子的电子
层结构、原子半径、晶格类型等诸因素。
5.1.2 钛的合金化
周期表中各元素按与钛作用性质可纳如下：①在周期表上 与钛同族的元素锆和铪具有与钛相同的外层电子结构和晶 格类型，原子半径也相近，故它们与α和β钛均能无限互 溶，形成连续固溶体；②在周期表上靠近钛的元素，如钒 、钼、铌、钽等与β钛具有相同的晶格类型，能与β钛无 限互溶，在α钛中有限溶解；③在外层电子结构、晶体类 型和原子尺寸上都与Ti有较大的差异，如锰、铁、钴、镍 等元素与钛只能形成有限的固溶体，超过溶解极限则形成 化合物。