钛合金tc4的热处理

钛合金tc4的热处理：退火、淬火时效、化学热处理
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
淬火时效：用于α+β、α+化合物和亚稳定β型钛合金。

退火
退火：消除应力，提高塑性及稳定组织。

工艺：去应力退火、再结晶退火、双重退火、等温退火和真空去氢退火等。

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，退火过程主要发生回复。

退火温度一般为450～650℃。

消除应力退火所需时间取决于工件厚度和残余应力大小。

完全退火：消除加工硬化、稳定组织和提高塑性。

这一过程主要发生再结晶，也称再结晶退火；同时也有α相、βm相在组成、形态和数量上的变化，大部分α和α+β钛合金都是在完全退火状态下使用。

退火温度介于再结晶温度和相变温度之间，如果超过Ts点，因形成粗大魏氏组织而使合金性能恶化。

α型和低浓度α+β型合金：退火温度为650～800℃，冷却方式采用空冷。

高浓度α+β型合金：要控制退火后的冷却速度，因冷却速度不同，会影响β相的转变方式，空冷后强度明显高于炉冷。

亚稳定β型合金：退火温度应在Tβ以上80～100℃，冷却采用快冷，慢冷使α相析出，降低塑性。

耐热钛合金：保证在高温及长期应力作用下组织及性能稳定，常用双重退火；第一次高温退火是使再结晶充分进行，并控制初生α相数量；第二次低温退火是使组织更接近于平衡状态。

β稳定元素含量较高的α+β型合金：用等温退火，这是因β相稳定性高，空冷不能使β相充分分解，而采用等温冷却，使β相完全转变。

真空退火：是消除氢脆的主要措施之一，氢在钛中的溶解析出过程是可逆的。

故可采用真空退火方法降低钛中的氢浓度。

退火温度为650～680℃，保温1～6 h，真空度应不低于1.33×10-1Pa。

β退火工艺：空冷后在粗大β晶粒上析出针状α，这种组织对应着较高断裂韧性和蠕变抗力，但使室温塑性降低。

淬火时效（强化热处理）
⑴钛合金与钢铁强化机制的区别主要为：
①钢淬火所得马氏体硬度高，强化效果大，回火使钢软化。

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βm＋α”，再经时效，βm相分解为弥散相使合金强化。

⑵时效强化效果
取决于合金元素的性质、浓度及热处理规范。

因为这些因素将影响所形成的亚稳定相结构、数量、分解程度及弥散性。

同一合金系：相同淬火时效条件下，强化效果随合金浓度的增加而提高。

一般在临界浓度Ck附近，达到强化峰值，对应Ck浓度合金淬火可获得100％的亚稳β相，而且β相在时效过程中，分解也最充分。

越过CK值，过冷β相稳定性增加，时效分解程度下降，强化效果反而减弱。

不同成分的合金：稳定β相能力越强的元素，时效强化效果越大。

多种元素同时加入比单一
元素强化效果大，除时效弥散强化外，还有固溶强化。

一定成分的合金：时效强化效果取决于所选的热处理工艺，淬火温度愈高，时效强化效果愈显著，但高于临界点淬火，由于晶粒过分粗大而导致脆性，因此工业钛合金除β型合金外，均采用两相区加热后淬火，淬火温度处于tK～tK΄之间。

退火态钛合金强度随合金元素含量增加而线性增加；
β相区淬火将因马氏体相变而强度提高（提高程度取决于合金成分）；
对高合金的钛合金，β相区的快淬获得的强度较低，但时效后将获得最高强度；
对低合金钛合金，β相区的快淬获得的最大强度在Mf点。

化学热处理
钛合金的摩擦系数较大，耐磨性比钢约低40％，还原性介质中的抗腐蚀性差。

渗氮：密封炉中750～950℃加热，通入纯氮气，保温30～40h，或在氮氩混合气中进行离子氮化。

氮化后表面形成由氮化物和含氮的固溶体组成的氮化层，渗层厚度可达0.06～0.08mm，氮化物有δ(TiN)和ε(Ti2N)两种，前者比后者脆性大，故氮化时要求获得以ε相为主的氮化物。

氮化层的硬度比未氮化时表层高约2～4倍，明显提高合金的耐磨性，同时还改善在还原性介质中的抗蚀性。

渗氧：在空气或硼酸盐浴中加热，温度为700～850℃，保温2～10h，表面形成富氧固溶体和一薄层氧化物，渗氧层厚度0.02～0.08mm，渗氧后需将氧化物薄层清除掉，以减少脆性。

渗氧可将合金耐蚀性提高7～9倍，但使塑性和疲劳强度下降。