第五章 钛及钛合金的热处理
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钛合金的热处理基本原理
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。
结论综上所述，钛合金的热处理是调控其性能的重要方法。
不同的热处理方法可以针对不同的应用需求选择。
熟悉钛合金的结构和特点，并理解热处理的基本原理，对于正确应用热处理技术具有重要意义。
参考文献[1] Gupta, , Aman, D., Kashyap, , & Patnaik, A. (2016). Heat treatment of titanium alloys - A review. Materials Science and Engineering: A, 654, .。
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
钛合金热处理
钛合金热处理
钛合金是一种由钛、铝、氧和氮组成的铝基合金，具有良好的耐腐蚀性、耐热性和良
好的力学性能。
钛合金热处理是改善其物理和机械性能的重要步骤，包括固溶热处理和
组织调整等步骤。
钛合金固溶热处理是温度比较高的热处理，主要是为了增强合金的机械性能和耐腐蚀性。
该热处理通常在1100℃～1200℃的温度下，用一定的时间进行预热，然后降温，让材料中的结晶晶体达到足够数量，以满足使用寿命的要求。
在固溶热处理过程中，可以形成
针状结晶结构，以改善材料的性能。
另一种重要的热处理方法是组织调整热处理，主要是为了改善材料的结构，从而改善
其机械性能。
钛合金组织调整热处理一般在500℃～800℃的温度下进行，可以形成α-
α+β双相结构，通过加热、预热和对材料进行延长时间，从而减少中空和晶界等缺陷，
从而提高外部载荷和抗疲劳性能。
此外，还有一种热处理方法，即细化处理热处理，主要是为了改善材料的性能，提高
耐热性能。
该热处理可以用来细化钛合金的晶体结构，以提高材料的抗疲劳性能。
总之，钛合金的热处理主要有固溶热处理、组织调整热处理和细化处理热处理等，这
些热处理方法可以有效改善其物理和机械性能，使其更加适宜用于高温环境中的工程应用。
AMS2801B钛及钛合金热处理
AMS2801B发布日期1990年7月修订日期2003年3月重审日期2008年4月代替AMS2801A钛合金零件的热处理1.适用范围：1.1目的：本规范为零件制造商（用户）或他们的卖方抑或是转包商规定了下列钛合金制造零件（见1.1.2）的热处理工程要求：商业纯钛6Al-4V(ELI)3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr3Al-2.5V6Al-6V-2Sn13V-11Cr-3Al5Al-2.5Sn6Al-2Sn-4Zr-2Mo10V-2Fe-3Al8Al-1Mo-1V6Al-2Sn-4Zr-6Mo15V-3Cr-3Al-3Sn6Al-4V1.1.1其他合金和热处理：假设工程认知机构规定了温度、时间、淬火介质，本规范可用于上述合金以外合金制成零件的热处理。
对于特定零件，可采用满足AMS-H-81200或MIL-H-81200及买方认可的设备、工艺和试验方法。
1.1.2零件：在加工过程中，由零件制造商或其卖方抑或是转包人热处理的成品零件和半成品零件（包括原材料）。
（见8.2.2）1.2原材料的鉴定：当采购规范中不包含下述要求中的一些或全部时，此处规定的温度、保温时间和冷却速率要求适用于材料供应商、仓库/批发商和锻造车间对原材料的性能是否响应热处理要求进行试验验证。
1.3原材料：材料供应商、锻造车间和仓库/批发商或其产品卖方应按照采购规范对下列材料进行热处理。
（见8.2.1）薄板、厚板、薄片、棒料、条料、线材、管材、挤出件、锻件和铸件。
1.4热处理：本规范规定的热处理及其缩写如下：退火（ANN）β固溶处理和过时效（BSTOA）去应力（SR）固溶处理（ST）时效（AGE）β固溶处理（BST）过时效（OA）固溶处理和时效（STA）冷加工和时效（CWA）固溶处理和过时效（STOA）2.引用文件：下列文件在订单签订时的有效版本在本规范范围内构成本规范的一部分。
除指定了某个文件的特定版本外，供方可按文件后续的替代版本供货。
钛合金相变及热处理
钛合金相变及热处理一、钛合金相变及热处理的基础知识1. 钛合金这玩意儿可神奇了呢。
咱们先来说说它的相变吧。
相变就像是钛合金的变身魔法一样。
在不同的条件下，钛合金会从一种晶体结构变成另一种晶体结构。
比如说，温度的变化就会让它发生相变。
想象一下，钛合金就像一个超级敏感的小生物，温度稍微一变，它就“嗖”地一下改变自己的结构了。
2. 热处理呢，就像是给钛合金做一场超级SPA。
通过加热、保温和冷却这些步骤，可以让钛合金获得不同的性能。
就好比我们人，通过不同的保养方式，皮肤会变得不一样。
钛合金经过热处理后，它的强度、硬度、韧性等性能都可能发生变化。
比如说，有的钛合金经过热处理后，强度变得超级高，就像一个大力士一样，可以承受很大的压力。
3. 那钛合金的相变和热处理之间有啥关系呢？其实啊，相变是热处理的基础。
热处理的过程中，很多时候就是利用了钛合金的相变特性。
就像你做饭的时候，知道食材的特性才能做出美味的菜肴一样。
如果不了解钛合金的相变，那热处理就可能会搞砸，做出的钛合金产品性能就不咋地了。
二、钛合金相变的影响因素1. 温度对钛合金相变的影响那可是相当大的。
不同的温度范围会促使钛合金发生不同的相变。
就像不同的季节，植物会有不同的生长状态一样。
在低温的时候，钛合金可能是一种结构，到了高温，就变成另一种结构了。
2. 压力也是一个不能忽视的因素。
当压力变化的时候，钛合金内部的原子排列也会受到影响，从而导致相变。
这就好比我们在拥挤的地铁里，人挤人的时候，大家的姿势都会发生变化。
钛合金在压力下的相变也是类似的道理。
3. 成分也很关键哦。
钛合金里如果添加了不同的元素，就像往汤里加不同的调料一样，会影响它的相变。
有的元素会让相变更容易发生，有的则会抑制相变。
比如说，加入铝元素可能会让钛合金的相变温度发生改变。
三、钛合金热处理的方法1. 退火是一种常见的热处理方法。
这就像是让钛合金放松一下。
把钛合金加热到一定温度，然后慢慢冷却。
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。
钛的金属学和热处理
钛的金属学和热处理
钛金属的热处理是指将钛的组织处理到满足特定要求的过程。
钛金属
最常用的热处理方法有热退火、淬火、正火、平淡火和回火。
热退火是将钛金属从冷却后的高温状态再次加热，以消除感应加工和
冷作加工所造成的组织结构改变，以恢复变形的金属组织，获得更高的力
学性能。
淬火的目的是改善钛的力学性能，降低金属的硬度，降低硬度和强度，以及降低抗拉强度。
淬火可以在金属上形成一层很薄的僵化层，以增加金
属的抗疲劳强度。
正火是指调整钛材料的组织结构，使钛材料具有更好的力学性能，以
及抗高温氧化性能。
平淡火是将钛金属从冷却后的最低温度慢慢加热，以提高材料的柔韧性，延长加工寿命，以及增加钛金属的韧性。
回火是将钛金属从冷却后的高温状态再次加热，以增强金属的硬度、
强度和抗拉强度，使其具有较高的性能。
第五章钛及钛合金的热处理ppt课件
有关，所以必须明确在各类中的β稳定系数值。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
5.1.2 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。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
5.2 钛的相变
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
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
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： α（密排六方）
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。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
5.1.2 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。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
5.2 钛的相变
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
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
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： α（密排六方）
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。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
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5.2.2 β相转变
(2)ω相变 形成条件： 1) 当合金成分在临界浓度Ck附近时，高温淬火由β相形成。 2)淬火后亚稳定β相在550℃以下等温(回火)
ω相的特点：硬脆相，位错不能在其中移动。合金中出现时，
强度、硬度升高，塑性、韧性降低。
为防止ω相生成，应控制淬火时效工艺，避免在低温时效；
合金中铝、锆、锡能抑制ω相的生成。
(4)亚稳定βm相的分解 合金浓度较低时在高温（大于500℃）的时效， βm相的分解是： βm α＋β 合金浓度较高时在较低温度（300-400 ℃ ）的时 效， βm相的分解是： βm β＋ ω ′ β＋ ω ′ +α α＋β 对合金浓度高或添加抑制ω形成元素的合金， βm 相的分解是： βm β＋ β ′ β＋ β ′ +α α＋β
（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 铝 660 2.7 0.52 22.9 钛 1668 4.5 0.036 9.0 铁 1535 7.8 0.19 11.7
5.2.3 时效过程中亚稳定相的分解
(2)斜方马氏体α〞的分解 α〞 βm＋ α〃贫 βm＋ α′ α〞 α ＋ α〃富 α＋ βm
α＋β α＋β α＋β α＋β
α〞 α〃富＋ α〃贫 β富 β α〞 βm β贫 ω
βm ＋ α〃贫 β β
α〞
α′
5.2.3 时效过程中亚稳定相的分解
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。
5.3.2 钛合金热处理的主要类型
（3）等温退火和双重退火
等温退火：将工件加热到足以发生再结晶的较高温度，然 后冷却到β相具有高稳定性的温度（此温度一般低于再结 晶温度），在此温度下保温，随后在空气中冷却。 双重退火与等温退火的区别在于，双重退火后的第一阶段 ，合金在空气中冷却到室温，之后将合金再重新加热到第 二阶段的温度（此温度低于第一阶段的温度）。 （4）再结晶退火
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
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
有关，所以必须明确在各类中的β稳定系数值。
5.1.2 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
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
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
5.1.2 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。
5.2.2 β相转变
(3)淬火钛合金的亚稳定相图
归纳起来，不同成 分合金自β相区淬 火，可以得到六种 组织，即α′、α〞、 α〞＋ βm、 α〞＋ β(ω )、 β(ω )、 βm。
5.2.2.2 β相在慢冷过程中的转变
5.2.2 β相转变
对于β稳定元素含量小于Cα的合金，无论从何种温度炉冷， 其组织均为单相α。但若采用空冷时，由于β →α的相变来 不及进行到底，在组织中往往残留有少量的亚稳定β相。
加热 或（α＋TixMy） m
5.2.3 时效过程中亚稳定相的分解
(1)六方马氏体α′的分解 α′的分解与β稳定元素的含量有关 β稳定元素的含量少时，α′分解过程一般为： α′ α＋α′ α＋β β稳定元素的含量较高，且主要为β共晶元素时，α′分解过程 一般为：α′ β＋α′ α＋β β稳定元素的含量较高，并存在共析元素时，α′分解过程一般 为： 含快共析元素时 α′ β＋α′ α＋β α＋TixMy 或α′ α′ ＋TixMy α＋TixMy 含慢共析元素时α′ β＋α′ α＋β α＋TixMy
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 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。
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。
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。
当合金的范围为Cα～B时，自β相区慢冷，将从β相中不断
地析出α相，随着温度的降低，析出的α相的数量不断增加，
α相的相对数量则不断减少。 α和β相分别沿着各自的溶解
度曲线（ACα和AB)变化。达到室温时，两相分别达到各自
平衡浓度，室温得到α＋β平衡组织。
5.2.2 β相转变
5.2.2.3 β相共析反应和等温转变 (1)共析反应 钛与铬、锰、铁、钴、镍、铜、硅等元素组成共析相图。 在一定成分和温度范围内发生共析反应： β α＋TixMy
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。
5.2.2 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)； β稳定元素含量较大，斜方马氏体α〞(细针状马氏体)；
(3)ω相的分解 ω相是β稳定元素在α钛合金中的一种过饱和固溶 体，从ω相中析出α有以下几种形式：
α相在原来β晶界和ω相界上不均匀形核、长大并 吞食ω；
ω相首先溶解，然后从β相中析出α相； 延长时效时间或提高时效温度， ω相逐渐失去稳 定性而直接转变为α相或α′ 相。
5.2.3 时效过程中亚稳定相的分解
5.3 钛合金的热处理
5.3.1 钛合金热处理的特点：
（1）马氏体相变不会引起合金的显著强化
（2）应避免形成ω相
（3）同素异构转变难于细化晶粒
（4）导热性差 （5）化学性活泼 （6）β相变点差异大 （7）在β相区加热时β晶粒长大倾向大。
5.3.2 钛合金热处理的主要类型