钛合金热处理工艺

标准拉伸试棒，：Ｉｆ２０×８５
裹１ ＴＣＡ、ＴＣＩＩ钛台金轧棒热处理试验工艺
万方数据
一８—
２００５年第３期
３试验结果和讨论
（１）机械性能和硬度
３．１试验结果
表２ ＴＣ４、ＴＣｌｌ合金轧制棒材热处理后机械性能和硬度
注：①表中所有强度单位为ｒ，．ｗｍ２，硬度压痕直径为ａｎｎ。
＠＇ｒｃ４、ＴＣｌｌ高温瞬时性能试验温度分别为４００＂Ｃ、５００℃。
ｌ引言
热处理方法只停留在对航空标准的粗步认 识上，对钛合金热处理的一些特点及热处理
钛合金以其优良的室温、高温机械性 后的机械性能、硬度知之甚少，特别是钛合
能、突出的抗蚀性及较高的强度受到人们的 金在理论上易于受到Ｈ、Ｏ、Ｎ等有害元素污
青睐。目前在航空、航天、造船等工业领域已 染的性质对实际生产的影响没有清楚的认
万方数据
《黑龙江冶金》
ｐ 、 越 赠
钒含量％（重量）
图１ ＴＣ４合金相图
金的显微组织为等轴初生ａ和针状马氏体 ａ，两种时效后的金相组织差别用普通金相 显微镜是看不出来的。经固溶时效处理可 提高２０％的室温和高温瞬时强度，而且这 种强度的提高并未引起塑性的大幅下降。
综上所述ＴＣ４合金经９５００Ｃ固溶处理后 在５４０℃时效４小时可获得最佳的机械性 能。美中不足的是ｒＩ℃Ｘ４合金的淬透性差， 有效厚度在２０ｒａｍ以上就淬不透了。另外 ＴＣＡ合金的固溶处理对淬火转移时间要求 十分严格，转移时间超过１５秒强度会有大 幅下降，这给生产带来一定的麻烦。一般认 为固溶时效组织较为退火组织要略显不稳 定，而且退火工艺操作简单、成本低经济性 好。因此在工厂生产中对ＴＣ４合金轧棒一 般都采用普通退火的热处理方法。
（２）ＴＣｌｌ合金的双重退火 ＴＣｌｌ也是一种典型的ｄ＋８型钛合金， 其双重退火由两次加热和中间空冷组成。 第一次在ａ＋８与８相变点以下２０＇１２— １６０℃加热，空冷；第二次在相变点以下
——９
３０００Ｃ～４５００ｃ加热，空冷。第一次在相变点 附近加热空冷会有强化效果，而第二次加热 ５３０“Ｃ保温长达６小时主要为了稳定组织。 ＴＣｌｌ合金也可以通过固溶时效强化，但其 双重退火就已经接近高强度钢的水平，且组 织更为稳定。值得注意的是在实际生产中 会发现ＴＣｌｌ合金晶粒粗大的现象，鉴于其 过热倾向大，实际生产时要注意：第～次加 热温度不能太高，加热时间不应过长，我们 推荐的温度为９６０±１０＇Ｅ，保温时间为１— １．５小时。另外，第一次加热后空冷速度不 能太慢，将避免晶粒粗大现象。
5、真空热处理温度和时间均影响钛合金α和β相的数量和形态，从而影响合金的性能；870℃以上，保温3小时，钛合金基体显微组织发生明显变化 ，随着时间的延长，保温50小时，750℃以上基体显微组织就有明显变化；
6、NiCrAlY涂层／TC4试样在空气中700℃和800℃氧化时能形成致密、完整的保护性氧化膜，对TC4钛合金防护效果明显，700℃氧化100小时试样增 重仅为0.6441mg／cm<'2>，在更高的氧化温度下，涂层抗氧化效果不明显。
1、沉积态NiCrAlY涂层主要由γ-Ni相、β-NiAl相以及过饱和的α-Cr固溶体组成，在650℃真空保温3小时后，NiCrAlY涂层中开始有γ-Ni<,3>A1金 属间化合物析出，870℃3小时真空热处理后，涂层中γ＇-Ni<,3>Al相含量明显减少。1050℃3小时真空热处理后涂层仅有CrTi<,4>相；
5.期刊论文 刘彬.黄旭.黄利军.齐立春.Liu Bin.Huang Xu.Huang Lijun.Qi Lichun TB6钛合金多重固溶时效热处
类 -钛工业进展2009,26(3)
通过对钢、铝合金和钛合金热处理过程中相变特点的分析,总结了金属材料热处理的三大分类:淬火+回火,固溶+时效,淬火+时效.在此基础上细致的 分析了三类热处理的异同,并根据钛合金热处理的相变特点,将其划归为第三类热处理.
2.期刊论文 孟庆武.耿林.王春华.刘树林.韩文静.MENG Qing-wu.GENG Lin.WANG Chun-hua.LIU Shu-lin.HAN Wen-
4.学位论文 彭小敏 热处理对NiCrAlY涂层/钛合金基体界面组织性能的影响 2006
本研究采用多弧离子镀在一种自制耐热钛合金和TC4钛合金表面制备了NiCrAlY涂层。对自制耐热钛合金表面NiCrAlY涂层在不同的热处理制度下进行 真空热处理，研究了真空热处理制度对NiCrAlY涂层显微组织和界面结构的影响，讨论了NiCrAlY涂层／钛合金基体界面元素扩散行为以及界面反应机理 ，并对真空热处理制度对钛合金基体显微组织的影响做初步研究；对钛合金表面NiCrAlY涂层进行了高温抗氧化性能研究。其结论如下：
（３）Ｈ、０、Ｎ等污染无素对钛合金处理 的影响
钢在空气炉中加热，表层会因氧化而脱 碳。钛合金在空气炉中加热的后果要比这 严重的多。一般认为，钛合金和氧反应在其 表面会形成一层薄而致密的氧化膜。这种氧 化膜使钛合金有很好的抗蚀性，然而这种情 况只发生在５４０℃以下。当温度更高时氧化 膜会发生破裂，氧会急剧向钛合金内部渗 入，形成一定深度的污染层。由于氮、氢、氧 造成的污染层具有高的脆性，在半成品进一 步加工或零件的使用过程中可能导致表面 裂纹和破坏。温度越高保温时间越长污染 层的深度就越厚，所以在空气炉中热处理保 温时间要尽可能短。工件热处理后可用喷 砂的机械方法或酸洗、化学铣削将污染层去 掉，对轧棒在空气炉中的退火处理也可使用 专门的保护涂料以减少污染。用显微硬度 法对经９６０±１０℃保温１小时和６小时处理 的ＴＥｌｌ合金吸气层厚度进行测量，被测样 件吸气层厚度小于０，ｌｍｍ。另外通过金相 显微镜也未清楚的观察到表面富氧ａ层（见 附图６）因此热处理后经粗加工即可消除由
（２）显微组织的部分图片见附图 ３．２讨论
（１）ＴＣ４合金的热处理 ＴＣ４是一种典型的ａ＋Ｂ型钛合金。其 主要合金元素为Ａｌ和ｖ，其中Ａ１是稳定的 ａ相的元素，ｖ是稳定ｐ相的元素。ａ＋ｐ与 ８相变温度约为９８０℃一９９０℃。 ＴＣ４合金的退火温度在相变点以下 １５０。Ｃ一２００ｑｃ或更低，它的主要目的是消除 合金变形加工中产生的加工硬化，使组织和 性能均匀、稳定，在室温下具有适当的韧性。 试验的普通退火工艺和等温退火工艺均能 满足航空标准对退火态ＴＣ４合金的性能要 求。从表２可以看出经两种退火工艺处理 的ＴＣ４合金机械性能数值相差无几，经等温 回火后较普通退火后的试料硬度要低一些。 由此我们可略看出等温退火较普通退火在 改善合金塑性上要好一些。这一点在我们
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钛合金热处理工艺
魏国华王松涛李季
（驻哈尔滨市东安发动机有限公司军事代表室哈尔滨１５０（１６６）
摘要对ＴＣ４轧棒进行了普通退火、等温退火、固溶处理加时效工艺试验、讨论了不同热处理工艺对ＴＣＡ－ 轧棒显教组织、机械性能和硬度的影响。对ＴＣｌｌ轧棒进行了双重退火工艺试验，观察了显微组织，测试了 机械性能和硬度。 关键词钛合金热处理
3.期刊论文 辛社伟.赵永庆.XIN She-wei.ZHAO Yong-qing 关于钛合金热处理和析出相的讨论 -金属热处理
2006,31(9)
通过对钛合金、铝合金和钢的热处理对比分析,从机理上将金属热处理分为三类热处理,将钛合金的热处理归为第三类热处理.对钛合金在热处理过程 中出现的主要过渡相进行了介绍,重点分析了α'相、α"相的关系和淬火时效β相,指出α'相和α"相的性质受结构和固溶度的综合影响,β相可更细致地 分为β0、β、β'和β".最后对钛合金中出现的所有相的硬度进行了排序,排序结果为:ω＞α'≈β"＞α"≈α＞β＞β'＞β0.
万方数据
钛合金热处理工艺
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
魏国华， 王松涛， 李季 驻哈尔滨市东安发动机有限公司军事代表室,哈尔滨,150066
黑龙江冶金 HEILONGJIANG YEJIN 2005，(3) 1次
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1.期刊论文 辛社伟.赵永庆.Xin Shewei.Zhao Yongqing 钛合金固态相变的归纳与讨论(Ⅳ)——钛合金热处理的归
2、真空热处理温度≤650℃时，有利于促进涂层与基体的冶金结合。在650至870℃真空热处理后，涂层／基体界面发生明显的界面反应，首先是基 体中界面附近相变影响区的形成，然后是Ni<,3>(A1，Ti)和Ti<,2>Ni化合物层的出现，最后在Ni<,3>(A1，Ti)和Ti<,2>Ni化合物层之间形成齿状TiNi化 合物；
jing 两种热处理钛合金的摩擦磨损性能 -大庆石油学院学报2006,30(4)
选用经过常规退火和强化热处理的两种状态TC4钛合金材料,采用销盘式摩擦磨损实验机,进行了钛合金的干摩擦磨损实验,并利用金相显微镜和扫描 电镜观察和分析了磨损表面.实验结果表明:在钛合金的摩擦过程中存在一段预磨期;常规退火态钛合金的摩擦因数略高于强化热处理钛合金的摩擦因数 ;强化热处理钛合金的磨损失重量是常规退火钛合金的三分之一,说明强化热处理可使钛合金的耐磨性能得到很大提高;常规退火钛合金的磨损机制以黏着 磨损为主,强化热处理钛合金的磨损机制以磨粒磨损为主.
生产中对ＴＣＡ合金叶片多道次轧制中问等 温退火工艺的应用中得到认证，若使用普通 退火工艺则会出现叶片轧碎的现象。但是 等温退火所需的时间太长，整个工艺时间长 达２２小时以上。经过两种工艺处理后的 ＴＣ４合金组织并未发生变化仍为转变Ｂ相 基体上分布着等轴初生ａ相的双态组织，这 种组织是热变形加工留下来的。
成为重要的结构料。尤其是它的较高强 识。因此，钛合金热处理工艺研究对制定企
重比的特点。在航空工业中的应用越来越广 业标准，正确、合理的使用钛合金。预防钛合
泛，各种薪型飞机上钛合金的用量与日剧 金零件失效具有重要意义。
增，钛合金占整架飞机的重量比不断提高。 钛合金按其退火状态的组织可分为ｎ
２工艺试验内容
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１０
于在空气炉中加热氮、氢、氧对零件的影响。
４结论
１）Ｔｃ４合金轧棒经９５０。Ｃ固熔加５４＆Ｃ 时效后可获得最佳综合机械性能。ＴＣＡ合 金轧棒经７８０。Ｃ保温１小时普通退火后机械 性能符合ＨＢ５２２２—８２的要求，且工艺简单、 经济性好。
２００５年第３期
２）ＴＣｌｌ合金轧棒经９６０％保温１小时 空冷和５３０。Ｃ保温６小时空冷的双重退火工 艺处理后，机械性能满足ＧＪＢ４９４—８８的要 求。
3、在650～870℃温度区间在NiCrAlY涂层／钛合金基体主要发生了Ni、Ti元素的扩散。当真空热处理温度提高到870℃以上，Cr元素发生明显地扩散 并参与界面反应，引起界面层脆性增加；
4、温度≤650℃，外层生长而内层收敛，总反应层厚度呈减少趋势，650℃以上时内外层同时生长，870℃以上时，内层厚度急剧增加，所以界面反 应层迅速增厚；
经９５０℃固溶处理后分别在５４０＂Ｃ和 ７００℃过时效，＇ｌＥ４合金的机械性能如表２ 所示在强度上较退火有一定的提高，特别是 ５４０℃时效后强度较退火态提高１７％。一方 面这是由于相的存在并在淬火过程中发生 马氏体型相变造成的，另一方面主要是由于 时效过程中发生的沉淀硬化造成的。而对 于这两种时效方式无论是在室温强度上还 是在高温瞬时强度上５４０℃时效比７００℃过 时效要高一些。经固溶时效处理后ＴＣＡ合
钛合金，ｐ钛合金和ａ＋ｐ钛合金。其中应用 最为广泛的是ａ＋８钛合金，典型牌号有
钛合金轧棒热处理工艺试验
试料毛坯：∞６ ＴＣ４、＠３０ ＴＣｌｌ热
ＴＣＡ、ＴＣ６、ＴＣ９、ＴＣｌ０、ＴＣｌｌ，本文主要研究 轧棒材
ＴＣ４和ＴＣｌｌ钛合金。目前我厂生产的新型
试料尺寸：金相及硬度试样ｅ＃２０×２０
机种许多零件都使用了这两种材料，而对其
３）钛合金轧制棒材在空气炉中热处理， 机械加工余量在ｌｍｍ以上，可消除氮、氢、 氧污染对零件的影响。
１．ＴＣ４合金普通退火后组织 ×５００
２．ＴＣ４合金等温退火后组织 ｘ ５００
３．ＴＣ４合金固溶加过时效后组织×５００
４．ＴＣｌｌ合金轧态原始组织 ×５００
５．ＴＣｌｌ合金双重退火后组织×５００
６．ＴＣｌｌ合金９６＆Ｃ保温ｌ小时空冷 ５３０‘Ｃ保温６小时空冷ｘ２００