第五章 钛及钛合金的热处理

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。

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。