热处理对100mm厚TC4钛合金电子束焊接接头性能的影响

热处理工艺对 TC4钛合金组织及硬度的影响摘要：本文研究了热处理工艺对TC4钛合金的组织及硬度的影响。

通过对不同温度下热处理的TC4钛合金进行金相分析和硬度测试，研究了热处理时间、温度对合金的影响。

结果表明，经过适当的热处理，TC4钛合金的显微组织得到明显改善，硬度得到升高，这对其在航空航天、汽车制造等高要求行业中的应用具有重要意义。

关键词：热处理；TC4钛合金；金相分析；硬度正文：1. TC4钛合金的应用场景TC4钛合金以其优异的性能逐渐被应用于高要求行业中，如航空航天、汽车制造等领域。

TC4钛合金具有高强度、低密度、抗腐蚀性能好等特点，在高温场合表现更加出色。

2. 热处理对TC4钛合金的组织和硬度的影响热处理是指将材料加热到一定温度并维持一定时间，然后进行冷却，增强其力学性能的一种工艺。

热处理工艺对TC4钛合金的组织和硬度有着显著的影响。

2.1 热处理温度的影响采用不同温度进行热处理的TC4钛合金的显微组织测试结果如下：当热处理温度低于α相转变温度时，TC4合金的组织变化不大；当热处理温度介于α相转变温度和β相转变温度之间时，TC4合金的β相含量增加，显微组织呈现出片状钛合金α相和β相交替分布的层状组织。

当热处理温度高于β相转变温度且工艺时间足够长时，TC4合金的β相含量迅速增加，显微组织中呈现出类似均匀分布的层状组织。

2.2 热处理时间的影响同样采用不同时间进行热处理的TC4钛合金的硬度测试结果如下：当热处理时间较短时，TC4合金的硬度先升高后下降；当热处理时间适中时，TC4合金的硬度先升高后略有下降，但仍较热处理时间较短时高；当热处理时间过长时，TC4合金的硬度开始下降，失去了热处理的强化效果。

3. 结论TC4钛合金的热处理能够明显提高其显微组织和硬度，适宜的热处理温度和时间应根据具体需要进行选择。

热处理工艺能够为TC4钛合金的应用领域提供更多可能性，具有积极的推广应用价值。

4. 配置热处理工艺的参数为了获得理想的材料性能，需要针对不同的应用场景对TC4钛合金进行热处理，并采用适合的的工艺参数。

《热处理对3D打印TC4钛合金断裂韧性的影响》一、引言近年来，随着科技的不断进步，3D打印技术已逐渐成为制造行业中的一颗璀璨新星。

特别地，3D打印钛合金因其在航空、医疗和汽车等领域的广泛应用而备受关注。

其中，TC4钛合金以其优良的力学性能和耐腐蚀性成为研究热点。

然而，打印后的TC4钛合金性能并不完美，需要进行后期的热处理以提高其力学性能。

本篇论文主要探讨了热处理对3D打印TC4钛合金断裂韧性的影响。

二、实验方法本实验采用了3D打印的TC4钛合金为研究对象，通过对其进行不同的热处理过程，以探究热处理对其断裂韧性的影响。

实验主要步骤如下：1. 选取相同批次、相同规格的3D打印TC4钛合金样品。

2. 对样品进行不同温度和时间下的热处理，如450℃、500℃、550℃等，并设定不同的热处理时间如1小时、2小时、4小时等。

3. 对比不同热处理条件下的TC4钛合金的微观结构和力学性能，并特别关注其断裂韧性。

三、结果与讨论（一）微观结构分析通过金相显微镜和扫描电子显微镜观察了不同热处理条件下的TC4钛合金的微观结构。

发现随着热处理温度的升高和时间的延长，合金的晶粒逐渐长大，晶界更加清晰。

同时，合金中的第二相颗粒也发生了明显的变化，如颗粒大小、分布等。

（二）断裂韧性分析通过断裂韧性测试，我们发现热处理对TC4钛合金的断裂韧性有显著影响。

在适当的热处理条件下（如500℃下热处理2小时），TC4钛合金的断裂韧性得到了显著提高。

这主要是因为适当的热处理可以消除或减少合金中的残余应力，改善合金的微观结构，使合金中的第二相颗粒分布更加均匀。

同时，还可以使晶界更加清晰，提高合金的塑性和韧性。

四、不同热处理条件下的断裂韧性对比为了更直观地展示不同热处理条件对TC4钛合金断裂韧性的影响，我们绘制了不同温度和时间下的断裂韧性曲线图。

从图中可以看出，在适当的热处理条件下（如500℃下热处理2小时），断裂韧性达到最高值。

这表明不是所有热处理都能提高合金的断裂韧性，合适的热处理条件才能发挥其优势。

本科毕业设计(论文)题目：加热时间对TC4合金组织和性能的影响系别：材料与化工学院专业：金属材料工程班级：xx学生：xxx学号：xx指导教师：x2015年06月加热时间对TC4合金组织和性能的影响摘要本文通过热处理实验、力学性能实验、金相组织观察、XRD衍射分析等研究了TC4合金920℃固溶加热不同的保温时间对其组织和性能的影响。

研究结果表明：920℃加热，保温不同的时间后水冷，500℃时效处理，TC4合金的组织均是α和β双相组织，随着固溶保温时间的延长，组织有粗大的趋势，α相比例有增加的趋势，固溶保温0.5h~1h时，组织比较细小。

随固溶保温时间增加，试样的冲击功也是先下降后上升再下降，保温时间为0.5h时，冲击功达到最大值44.8J，保温时间为4h时，冲击功达到最小值32.4J；试样的硬度值随着保温时间的延长，呈现先上升后下降再上升的趋势，保温时间为1.5h时达到最大值39.8HRC，保温0.5h时，达到最小值35.8HRC。

不同保温时间加热，实验材料强度变化不大。

固溶工艺在920℃×(0.5~1)h时实验材料具有良好的强韧性。

关键词：TC4钛合金；加热保温时间；组织；力学性能Effect of heating time on microstructure and properties ofTC4 AlloyAbstractIn this paper, effect of heating at 920℃and different heat holding time on microstructure and properties of TC4 Alloy were studied by heat treatment experiments, mechanical performance test, optical microscopy, XRD diffraction analysis. The results sh ow that the organization of TC4 alloys are α and β two-phase structure at 920℃heating, cooling after holding at different times, and then aging at 500℃process. With the extension of solution holding time,the organization has a thick trend and the propo rtion of α has a tendency to increase. The organization is relatively small, when solution holding time is between 0.5 h ~ 1 h. With the extension of solution holding time, the impact energy is increased firstly after decreased and then decreased again. In the holding time of 0.5h, the impact energy reaches a maximum 44.8J, and the impact power reaches the minimum 32.4J when the holding time is 4h. With the extension of solution holding time, The hardness of the sample is decreased firstly after increased and then increased again. In the holding time of 1.5h, the hardness reaches a maximum 39.8HRC, and the hardness reaches the minimum 35.8HRC when the holding time is 0.5h. The intensity of the material changed little when the holding time was different. Solution process at 920 ℃ × (0.5 ~ 1) h, the experimental sample has good toughness.Keywords: TC4 Titanium alloy; heat holding time; microstructure; mechanical property目录摘要 (I)Abstract ..................................................................................................... I I 1 绪论 (1)1.1钛的基本性质 (1)1.1.1钛的物理性能 (1)1.1.2钛的化学性能 (1)1.1.3力学性能 (1)1.2钛合金的特点及分类 (2)1.2.1钛合金的特点 (2)1.2.2钛合金的分类 (2)1.3钛合金的应用与发展 (3)1.3.1国内外钛合金的发展动向 (3)1.4钛合金的组织与性能 (4)1.4.1 TC4合金的组织 (4)1.4.2 TC4的基本性能 (5)1.4.3 TC4合金的基本相组成 (6)1.5研究本课题的背景、目的及意义 (6)1.5.1课题背景 (6)1.5.2课题的目的及意义 (7)1.6本实验研究的主要内容 (7)2 实验方案及过程 (9)2.1实验材料及化学成分 (9)2.2实验方案 (9)2.3热处理加热温度及保温时间的确定 (9)2.4材料的热处理工艺 (10)2.5力学性能测试 (10)2.5.1拉伸试验 (10)2.5.2冲击试验 (11)2.5.3硬度试验 (12)2.6组织及其形貌观察 (12)2.7相比例的计算 (13)2..8XRD物相分析 (13)3 实验结果与分析 (15)3.1不同加热保温时间冲击试验结果及分析 (15)3.2不同加热保温时间硬度变化结果及分析 (16)3.3不同加热保温时间拉伸试验结果及分析 (16)3.4试样的显微组织观察 (17)3.4.1不同保温时间实验材料的金相组织及物相分析 (17)3.5不用保温时间实验材料的相比测定结果 (20)4 结论 (21)参考文献 (22)致谢 (25)毕业设计（论文）知识产权声明 (26)毕业设计（论文）独创性声明 (27)1 绪论1.1钛的基本性质1.1.1钛的物理性能钛的工业应用的矿物主要有钛铁矿（FeTiO3）、金红石（TiO2）及白钛矿（CaTiO3）等，在自然界分布广泛，地壳中的钛以结构金属排列仅次于铝、铁、镁位居第四，按元素排列，钛元素在地壳中的丰度占第9位。

热处理工艺对钛合金材料的力学性能和耐热性的改善钛合金是一种重要的结构材料，在航空航天、船舶制造、汽车工业等领域得到广泛应用。

然而，钛合金在工程应用中经常需要具备较高的力学性能和耐热性，这就需要通过热处理工艺对钛合金材料进行改善。

热处理工艺主要包括固溶处理、时效处理和等温处理等。

其中，固溶处理是将钛合金材料加热至固溶温度，保持一定时间后迅速冷却。

通过固溶处理可以促进钛合金中的析出相的溶解并加入固溶元素，从而提高材料的强度和硬度。

此外，固溶处理还能使晶界弥散相细化，提高材料的韧性。

固溶处理是提高钛合金强度和硬度的常用工艺，可以增强材料的抗拉强度、屈服强度和硬度。

然而，固溶处理对钛合金的耐热性改善效果较差。

为了提高钛合金的耐热性，可以采用时效处理工艺。

时效处理是在固溶处理后将钛合金材料再加热到一定温度并保温一定时间后再迅速冷却。

时效处理能够使钛合金中的析出相细化、弥散，形成更为稳定的晶间相，从而提高材料的抗氧化性和耐热性。

此外，时效处理也能减少钛合金中的残余应力，提高材料的疲劳寿命。

通过时效处理，可以使钛合金的耐热性得到显著改善，提高材料的工作温度。

除了固溶处理和时效处理，等温处理也是一种常用的热处理工艺。

等温处理是将钛合金材料加热到等温温度，在此温度下保温一定时间后再迅速冷却。

等温处理主要用于细化和稳定钛合金材料的晶间相以及减少材料中的析出相。

通过等温处理，可以使钛合金的晶粒细化、弥散相均匀分布，提高材料的耐热性和力学性能。

综上所述，热处理工艺对钛合金材料的力学性能和耐热性有着显著的改善作用。

固溶处理能够提高钛合金的强度、硬度和韧性；时效处理能够提高钛合金的耐热性和抗氧化性，并减少残余应力；等温处理能够细化钛合金的晶粒、稳定晶间相，并提高材料的耐热性和力学性能。

因此，在钛合金工程应用中，合理选择和应用适当的热处理工艺，可以有效改善钛合金材料的力学性能和耐热性，提高材料的综合性能和工作温度范围，进一步拓展钛合金的应用领域。

热处理工艺参数对TC4—DT钛合金自由锻件性能影响作者：陈杰白刃张岚来源：《中国科技博览》2019年第11期[摘要]研究了采用Φ100mm规格TC4-DT材料棒材锻造成δ50mm自由锻件在几种热处理工艺参数对显微组织和室温力学性能的影响。

Φ100mm规格棒材两相区锻造均匀性较好，经两相区锻造并经不同参数双重退火热处理后，结果表明：不同热处理参数对显微组织具有一定的调节作用，包括α、β相转变程度、片层组织尺寸等，从而影响锻件最终性能。

[关键词]TC4-DT钛合金；自由锻件；双重退火热处理；组织；性能中图分类号：TG146.2 3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）11-0107-010引言TC4-DT中强高损伤容限型钛合金是我国应用于航空航天领域的一种新型钛合金材料。

相比传统钛合金，TC4-DT具有高断裂韧性和慢裂纹扩展速率的特点，考虑损伤容限设计的国内外飞行器越来越多的选用TC4-DT材料作为原材料[1-2]。

TC4-DT钛合金性能取决于热处理后得到的组织（片层组织、片状α层厚度等），因此必须严格控制双重退火工艺参数的选定及工艺过程的控制。

本项工作针对同规格锻件经不同参数双重退火后得到的组织与性能进行了研究分析，找出了试验用规格的TC4-DT最佳热处理参数，为该规格TC4-DT锻件生产提供了技术参考。

1实验1.1试验材料试验材料选用Φ100mm棒材，主要化学成分为6.08%Al，4.11%V，1.2自由锻件制备根据自由锻件尺寸计算单件所用棒材规格尺寸为Φ100×150mm，生产流程如下：毛料在电炉加热，到温装炉，加热温度设定为低于β相变点30℃，保温≥70min。

自由锻造采用一火进行，每次变形量控制在40%以下。

采用α+β两相区锻造工艺锻造出250mm×85mm×50mm的自由锻件。

锻造工艺在1吨自由锻锤上完成，锻造前锤砧、工具预热温度：250～350℃。

焊接热输入对TC4钛合金TIG焊接头组织和性能的影响韩旭;董俊慧;高晓刚【摘要】观察不同焊接热输入条件下TC4钛合金TIG焊接头的微观组织特征,分析接头力学性能、显微硬度及断口形貌.结果表明,焊缝主要为针状α′马氏体组成的网篮组织,未发现其他生成相.热影响区主要为α+β+α ′,且越靠近焊缝的热影响区晶粒越粗大,晶内马氏体越多、越密集.针状α′相尺寸随焊接热输入的增大而增大,马氏体取向亦更加混乱.接头抗拉强度随焊接热输入的增大而增大,在1 144 J/mm时达到912 MPa.不同焊接热输入下的接头硬度值随距焊缝中心距离的增大先降低后升高,并在距焊缝中心3～5 mm的粗晶区存在一软化区.随着焊接热输入的增大,接头平均硬度值增大,且软化区向母材方向偏移.TC4钛合金TIG焊接头的断裂方式属于脆性断裂.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2016(046)012【总页数】5页(P96-100)【关键词】TC4钛合金;TIG;显微组织;显微硬度【作者】韩旭;董俊慧;高晓刚【作者单位】内蒙古工业大学材料科学与工程学院,内蒙古呼和浩特010051;内蒙古工业大学材料科学与工程学院,内蒙古呼和浩特010051;内蒙古工业大学材料科学与工程学院,内蒙古呼和浩特010051【正文语种】中文【中图分类】TG444+.74TC4（Ti-6Al-4V）是20世纪50年代发展起来的一种中等强度的双相钛合金，它具有比强度高、高温蠕变性能好和耐腐蚀性好等优点，被广泛应用于航空航天、船舶、汽车及化工等领域[1]。

目前，TC4钛合金产量占钛合金总产量的一半以上，其中飞机机尾罩、发动机防护装置，及深潜器耐压球壳体的观察窗、密封舱口等均采用了钛合金焊接结构。

钛合金导热系数小且高温下较活泼，在焊接过程中随着焊接热输入的增大，会导致接头组织粗大[2]，从而造成接头脆化，降低焊接接头质量，限制其在实际生产中的应用。

针对钛合金接头组织粗化问题，研究者提出了活性TIG、脉冲TIG及电弧超声TIG 焊等焊接工艺[3-7]，细化晶粒，从而提高接头质量。

热处理工艺对钛合金材料的高温持久性和低温韧性的优化热处理工艺是一种重要的材料加工方法，可以对钛合金材料的高温持久性和低温韧性进行优化。

在钛合金的热处理过程中，通过适当的加热和冷却处理，可以改变其晶体结构和组织状态，从而改善材料的性能。

首先，热处理工艺对钛合金材料的高温持久性有着重要的影响。

钛合金在高温下容易发生晶粒长大和晶格变形，从而导致材料的力学性能下降。

通过适当的热处理工艺，可以降低钛合金材料的晶界能量，使晶界发生收敛，晶界的体阻尼效应也会增加，从而提高了材料的高温抗变形性能。

此外，在热处理过程中，还可以通过合理的退火工艺来消除材料内的残余应力，降低材料的高温蠕变速率，提高材料的高温持久性能。

其次，热处理工艺对钛合金材料的低温韧性也具有重要的影响。

钛合金在低温下容易发生由于残余应力引起的脆性断裂，而且低温下钛合金的塑性变形能力较差。

通过适当的热处理工艺，可以改变钛合金的晶体结构和组织状态，提高材料的断裂韧性和塑性变形能力。

例如，通过快速冷却可以得到细小的α'相，可以有效提高材料的强度和韧性。

此外，还可以通过合理的时效处理来调控钛合金的组织结构，进一步提高低温下的韧性。

需要注意的是，热处理工艺的优化过程是一个复杂的过程，需要考虑材料的成分、工艺参数和使用条件等多个因素。

不同类型的钛合金材料在热处理工艺优化中存在较大差异，需要根据具体情况进行优化设计。

此外，热处理过程中需要满足一定的工艺要求，例如温度控制、冷却速度等，以确保热处理效果的稳定性和可靠性。

总之，热处理工艺对钛合金材料的高温持久性和低温韧性具有显著的优化作用。

通过适当的热处理工艺，可以改变钛合金材料的晶体结构和组织状态，提高材料的高温抗变形性能和低温韧性。

这对于提高钛合金材料在高温和低温环境下的应用性能具有重要意义。

但同时也需要注意，在热处理工艺的优化过程中，需要综合考虑材料的成分、工艺参数和使用条件等多个因素，以确保热处理效果的稳定性和可靠性。

准β热处理工艺对TC4-DT钛合金组织和性能的影响飞机构件50% 以上的疲劳失效来自于结构件制造和使用过程中（腐蚀和外来物损伤）产生的缺陷。

因此，飞机构件的设计理念由安全寿命准则向损伤容限耐久性准则转变。

Ti-6Al-4V ELI 就是在此理念上研制出的一种新型钛合金。

它是在Ti-6Al-4V 基础上开发的中强损伤容限、低间隙钛合金，其成分特征为合金允许波动范围较窄(Al：5.5% ～ 6.5%)，杂质允许含量较低(Fe：0.25%max、O：0.13%max、H：0.0125%max)，性能特征为冶金缺陷小，高的塑性、韧性、较好的焊接性能及较长的使用寿命，抗拉强度在800 ～1000MPa之间，断裂韧性超过90MPa·m1/2。

美国第4 代战机F-22、F/A-18E/F，Ti-6Al-4V ELI 的使用已经进入成熟阶段。

F-22 钛合金用量高达41%，其中Ti-6Al-4V 锻件占25.6%，Ti-6Al-4V ELI 锻件又占73%。

因此，我国也自主研发了同类型钛合金TC4-DT，并通过锻造大量使用于飞机结构件上。

锻件组织性能的均匀性主要由锻件的高倍组织、低倍组织、力学性能、无损探伤等检测手段来表现，但是由于TC4-DT 研发时间短暂，锻件经锻造后的热处理工艺对组织性能均匀性的影响尚未研究透彻，更未形成良好的技术基础，因此本文研究了锻造后不同的准β热处理工艺对组织性能均匀性的影响。

试验方法及过程原材料原材料采用真空自耗电弧炉熔炼的规格为φ 300的TC4-DT 棒材，在棒材头部取试样分析化学成分，结果见表1，使用金相法测相变点得974℃。

将棒材切为5 段相同的长度，分别标记为1#，2#，3#，4#，5#。

表1 原材料化学成分（wt%）元素 C H O N Al V Fe Si Y成分0.009 0.0019 0.11 0.007 6.4 4.3 0.034 <0.10 <0.005 标准≤0.05≤0.01250.09～0.13 ≤0.035.6～6.5 3.4～4.5 ≤0.25≤0.10≤0.005锻造在Tβ-30 ℃ 保温240min 后，使用1600t 水压机进行两镦两拔的锻造过程，每道次变形量均为40%。