钛合金及其热处理工艺简述精修订
tc4钛合金热处理工艺
tc4钛合金热处理工艺
tc4钛合金热处理工艺
一、tc4钛合金的特点
1. 合金成分：碳含量低，钛素低，有极好的耐腐蚀性；
2. 耐热性强：有效的抗拉断力，抗热变形和热疲劳性能；
3. 力学性能好：可靠性强，塑性差，对电弧焊及半导体封装等有较好的适应性。
二、tc4钛合金热处理工艺
1. 时效处理：适用于钛合金件起软化促进塑性及进一步力学性能改善的功能。
钛合金件时效处理时间为900~980度，一般以15~30min/cm 件厚为准；
2. 渗碳处理：渗碳处理是利用碳在数量级上对金属合金的组织及性能产生较大影响的特性，使金属合金的力学性能更佳；
3. 热处理：主要用于钛合金表面有脆性区时，通过热处理可使表面局部组织完善，改善表面的机械性能及抗热腐蚀性能；
4. 特殊处理：钛合金的磨粒处理及喷涂等特殊处理，可以提高其表面耐磨损性，从而提升其机械性能。
三、tc4钛合金热处理注意事项
1. 正确选择处理工艺：要根据tc4钛合金件的性能要求正确选择处理工艺，在热处理中可以根据材料的淬透性来决定加热速率；
2. 严格控制处理温度：tc4钛合金的处理工艺中，应该对处理温度进行精确的控制，以免造成材料的性能降低；
3. 良好的处理环境：为了防止钛合金的氧化，在热处理过程中应当调整好环境，保证温度、湿度、过氧化物等能够达到要求；
4. 常规维护：热处理完成后，要针对tc4钛合金件进行常规维护，确保其性能能够达到设计要求。
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
钛合金热处理概述钛合金是一种具有轻质、高强度、耐腐蚀性好等优点的重要结构材料。
然而，钛合金的性能还受到热处理工艺的影响。
本文将介绍钛合金热处理的基本概念、常见工艺以及热处理后钛合金的性能变化。
热处理工艺钛合金的热处理工艺主要包括退火、时效处理和固溶处理等。
下面将详细介绍每种热处理工艺的原理和步骤。
退火退火是钛合金常用的热处理工艺之一，通过加热和持温使材料晶粒长大，消除应力和改善材料的机械性能。
退火的具体步骤如下：1.加热：将钛合金材料放入炉中，以逐渐升高温度的方式进行加热。
2.保温：在达到合适的退火温度后，保持材料在该温度下一定的时间。
3.冷却：将材料从炉中取出，在大气中自然冷却至室温。
时效处理时效处理是通过合理的时间和温度控制，使合金中的相发生相互转变，提高材料的硬度、强度和耐蚀性。
时效处理的步骤如下：1.固溶处理：将预处理好的钛合金材料加热至固溶温度，保持一定时间，使溶解相均匀分布。
2.快速冷却：迅速将材料从固溶温度快速冷却至较低温度，比如水淬或油淬。
3.时效处理：将快速冷却后的材料再次加热至时效温度，保持一定时间，使相转变发生。
固溶处理固溶处理是将固溶体加热至一定温度，使其中的溶质完全溶解，然后通过快速冷却将其固定。
固溶处理的步骤如下：1.加热：将钛合金材料放入炉中，以逐渐升高温度的方式进行加热至固溶温度。
2.保温：在固溶温度下保持一定的时间，使溶质彻底溶解。
3.快速冷却：迅速将材料从固溶温度快速冷却至较低温度，比如水淬或油淬。
热处理后钛合金的性能变化钛合金经过热处理后，其性能会发生一系列变化，主要包括硬度、强度和耐蚀性等。
以下是热处理对这些性能的影响：硬度通过固溶处理和时效处理，钛合金的硬度可以显著提高。
固溶处理可以使固溶体中的溶质溶解，消除溶质对晶格的影响，提高硬度。
时效处理则可以通过相转变的方式使钛合金的硬度进一步增加。
强度热处理对钛合金的强度也有显著的影响。
退火处理可以消除材料中的内应力，提高韧性和韧性与强度的平衡。
钛合金材料的热处理工艺及控制研究
钛合金材料的热处理工艺及控制研究摘要：钛合金属于轻合金，其密度小、比强度高、比模量高，结构性能优异，然而钛合金材料价格昂贵，利用钛合金棒料制成薄壁壳体类零件，大量的钛材被掏空，加工周期长，刀具磨损快，加工易变形，大大降低了钛合金材料的使用率。
关键词：钛合金材料；热处理；控制1钛合金材料的加工难点（1）钛合金材料组织稳定钛合金材料具有熔点高、激活能大、组织复杂等特点，晶格原子不易脱离平衡位置，切削时使切削温度大幅提高，易产生积削瘤，影响零件表面加工质量。
（2）钛合金薄壁零件易变形钛合金薄壁零件刚度差，每一次切削加工由于应力释放，造成工件变形，影响零件的尺寸精度及形位公差。
（3）薄壁零件加工应力释放在切削力及径向夹紧力作用下，零件产生弹性应力变形，当零件放置一段时间或在环境温度或温冲试验的条件下，内部组织应力将会释放出现变形，造成零件变形报废。
（4）钛合金材料易产生TiN、TiC等硬化层钛合金化学活性好，易与各种气体杂质产生化学反应，如O、N、H、C等元素浸入钛合金中，形成间隙式固溶体，使表面晶格严重弯曲，塑性降低，与N、C作用，形成硬度高的TiN、TiC等硬层，加速刀具的磨损。
2钛合金薄壁零件热处理工艺通过以上对薄壁钛合金零件加工变形的分析，解决的措施概括起来就是：选择合适的刀具材料、刃磨角度、切削要素、加工工艺流程、热加工方法、正确的装夹方式等，可以采用以下方法。
（1）高温热处理改变平衡对钛合金材料零件逐步加热到变形温度750℃，使组织中a相发生了a→b的转换，使得初生a相减少，从而破坏了a+b原子晶格的平衡，使得钛合金零件在高温下，在一定压力下产生组织变形。
（2）粗加工后的退火钛合金薄壁零件毛坯在粗加工阶段，余量加工大，刀具磨损快，此时零件内存储变形应力最大，组织不稳定，因此采用粗加工后的真空热处理工序，改善钛合金材料组织面心六方晶格系马氏体组织结构，提高后续加工工序的切削加工性能，增加刀具的使用寿命，提高工件表面加工质量。
钛合金及其热处理工艺简述
钛合金及其热处理工艺简述宝鸡钛业股份有限公司：杨新林摘要：本文对钛及其合金的基本信息进行了简要介绍，对钛的几类固溶体划分进行了简述，对钛合金固态相变也进行了概述。
重点概述了钛合金的热处理类型及工艺，为之后生产实习中对钛合金的热处理工艺认识提供指导。
关键词：钛合金，热处理1 引言钛在地壳中的蕴藏量位于结构金属的第四位,但其应用远比铜、铁、锡等金属滞后。
钛合金中溶解的少量氧、氮、碳、氢等杂质元素,使其产生脆性,从而妨碍了早期人们对钛合金的开发和利用。
直至二十世纪四五十年代,随着英、美及苏联等国钛合金熔炼技术的改进和提高,钛合金的应用才逐渐开展[5]。
纯钛的熔点为1668℃,高于铁的熔点。
钛在固态下具有同素异构转变,在882.5℃以上为体心立方晶格的β相,在882.5℃以下为密排六方晶格的α相。
钛合金根据其退火后的室温组织类型进行分类,退火组织为α相的钛合金记为TAX,也称为α型钛合金；退火组织为β相的钛合金记为TBX,也称为β型钛合金；退火组织为α+β两相的钛合金记为TCX,也称为α+β型钛合金,其中的“X”为顺序号。
我国目前的钛合金牌号已超过50个,其中TA型26个,TB型8个以上,TC 型15个以上[5]。
钛合金具有如下特点：（1）与其他的合金相比,钛合金的屈强比很高,屈服强度与抗拉强度极为接近；（2）钛合金的密度为4g/cm3,大约为钢的一半,因此,它具有较高的比强度；（3）钛合金的耐腐蚀性能优良,在海水中其耐蚀性甚至比不锈钢还要好；（4）钛合金的导热系数小,摩擦系数大,因而机械加工性不好；（5）在焊接时,钛合金焊缝金属和高热影响区容易被氧、氢、碳、氮等元素污染,使接头性能变坏。
在熔炼和各种加工过程完成之后,为了消除材料中的加工应力，达到使用要求的性能水平，稳定零件尺寸以及去除热加工或化学处理过程中增加的有害元素(例如氢)等,往往要通过热处理工艺来实现。
钛合金热处理工艺大体可分为退火、固溶处理和时效处理三个类型。
钛合金的热处理基本原理(一)
钛合金的热处理基本原理(一)钛合金的热处理基本1. 什么是钛合金的热处理？钛合金是一种轻巧、高强度、耐腐蚀的金属材料。
然而，由于钛合金的制造过程中可能会导致材料内部存在一些不稳定晶相或缺陷，因此需要进行热处理。
热处理是通过加热和冷却的不同方式改变钛合金的晶体结构和性能，以达到所需的材料性能。
本文将介绍钛合金热处理的基本原理和常用方法。
2. 钛合金的热处理原理钛合金的热处理原理基于以下两个基本原则：固溶处理原理固溶处理是指将钛合金加热至其固溶温度以上，使合金中的溶质原子均匀地溶解在基体晶格中。
通过固溶处理，可以消除钛合金中的不稳定相，提高合金的强度和塑性。
相变处理原理相变处理是指在固溶处理的基础上，通过控制冷却速度使钛合金的晶体结构发生相变。
相变处理可以改变钛合金的晶体结构和晶界形貌，从而调整其力学性能和耐腐蚀性能。
钛合金的热处理方法主要包括固溶处理和时效处理两种。
下面将分别介绍这两种方法：固溶处理固溶处理是钛合金热处理的基础步骤，它可以消除钛合金中的不稳定相和缺陷，提高合金的强度和塑性。
固溶处理的具体步骤如下：•加热：将钛合金加热至其固溶温度以上，一般在摄氏度范围内。
•保温：保持合金在固溶温度下足够长的时间，使溶质原子充分溶解在基体中。
•冷却：迅速冷却合金至室温，固定溶质原子在基体中。
时效处理时效处理是在固溶处理的基础上进行的钛合金热处理方法，通过控制冷却速度，使合金的晶体结构发生相变，从而调整其力学性能和耐腐蚀性能。
时效处理的具体步骤如下：•固溶处理：按照固溶处理的方法对钛合金进行加热和冷却处理。
•时效处理：将处理过的钛合金再次加热至合金中存在的稳定相的温度，并保持一段时间。
•冷却：迅速冷却合金至室温，固定相变后的晶体结构。
钛合金的热处理广泛应用于航空航天、汽车、医疗器械等领域。
通过热处理，可以增加钛合金的强度和保持其良好的耐腐蚀性能，提高材料的使用寿命。
5. 结论钛合金热处理是一种重要的材料加工方法，通过固溶处理和时效处理可以调整钛合金的晶体结构和性能。
钛合金各热处理作用
钛合金各热处理作用钛合金是一种重要的结构材料，在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域具有广泛应用。
而钛合金的性能主要由其热处理过程决定。
本文将介绍钛合金常见的几种热处理工艺及其作用。
1. 固溶处理（Solution Treatment）固溶处理是钛合金最常见的热处理工艺之一。
它的主要目的是通过高温加热使合金中的固溶元素均匀地溶解在钛基体中，以提高合金的韧性和塑性。
固溶处理温度一般在β转变温度以上进行，时间根据合金成分和尺寸而定。
固溶处理后，钛合金具有良好的塑性和可锻性，适合进行后续的加工和成形。
2. 时效处理（Aging Treatment）时效处理是将固溶处理后的钛合金在较低温度下进行热处理，以进一步调整合金的性能。
时效处理的主要目的是通过固溶相分解和析出相的形成来提高钛合金的强度和硬度。
时效处理温度和时间根据合金的成分和要求而定。
时效处理后，钛合金的强度和硬度会显著提高，但塑性和韧性会相应降低。
3. 淬火处理（Quenching Treatment）淬火处理是将固溶处理后的钛合金迅速冷却至室温的热处理工艺。
它的主要目的是通过快速冷却来固定固溶相的结构，防止析出相的形成。
淬火处理可以提高钛合金的硬度和强度，但会降低其塑性和韧性。
淬火处理的冷却介质可以是水、油或空气，选择不同的冷却介质会对钛合金的性能产生不同的影响。
4. 回火处理（Tempering Treatment）回火处理是将淬火处理后的钛合金进行加热再冷却的热处理工艺。
它的主要目的是通过回火来消除淬火过程中产生的内部应力，并提高合金的韧性。
回火温度和时间根据合金的成分和要求而定。
回火处理后，钛合金的塑性和韧性会得到改善，但硬度和强度会相应降低。
5. 等温处理（Isothermal Treatment）等温处理是将钛合金在固溶温度或其他特定温度下保持一段时间进行的热处理工艺。
等温处理的主要目的是通过保持温度来稳定固溶相或促进析出相的形成，以调整合金的微观结构和性能。
钛合金热处理
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。
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钛合金及其热处理工艺
简述
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钛合金及其热处理工艺简述
宝鸡钛业股份有限公司：杨新林
摘要：本文对钛及其合金的基本信息进行了简要介绍，对钛的几类固溶体划分进行了简述，对钛合金固态相变也进行了概述。
重点概述了钛合金的热处理类型及工艺，为之后生产实习中对钛合金的热处理工艺认识提供指导。
关键词：钛合金，热处理
1 引言
钛在地壳中的蕴藏量位于结构金属的第四位,但其应用远比铜、铁、锡等金属滞后。
钛合金中溶解的少量氧、氮、碳、氢等杂质元素,使其产生脆性,从而妨碍了早期人们对钛合金的开发和利用。
直至二十世纪四五十年代,随着英、美及苏联等国钛合金熔炼技术的改进和提高,钛合金的应用才逐渐开展[5]。
纯钛的熔点为1668℃,高于铁的熔点。
钛在固态下具有同素异构转变,在℃以上为体心立方晶格的β相,在℃以下为密排六方晶格的α相。
钛
合金根据其退火后的室温组织类型进行分类,退火组织为α相的钛合金记为TAX,也称为α型钛合金；退火组织为β相的钛合金记为TBX,也称为β型钛合金；退火组织为α+β两相的钛合金记为TCX,也称为α+β型钛合金,其中的“X”为顺序号。
我国目前的钛合金牌号已超过50个,其中TA型26个,TB型8个以上,TC 型15个以上[5]。
钛合金具有如下特点：
（1）与其他的合金相比,钛合金的屈强比很高,屈服强度与抗拉强度极为接近；
（2）钛合金的密度为4g/cm3,大约为钢的一半,因此,它具有较高的比强度；
（3）钛合金的耐腐蚀性能优良,在海水中其耐蚀性甚至比不锈钢还要好；
（4）钛合金的导热系数小,摩擦系数大,因而机械加工性不好；
（5）在焊接时,钛合金焊缝金属和高热影响区容易被氧、氢、碳、氮等元素污染,使接头性能变坏。
在熔炼和各种加工过程完成之后,为了消除材料中的加工应力，达到使用要求的性能水平，稳定零件尺寸以及去除热加工或化学处理过程中增加的有害元素(例如氢)等,往往要通过热处理工艺来实现。
钛合金热处理工艺大体可分为退火、固溶处理和时效处理三个类型。
由于钛合金高的化学活性,钛合金的最终热处理通常在真空的条件下进行。
热处理是调整钛合金强度的重要手段之一。
2 钛合金的合金化特点
钛合金的性能由Ti同合金元素间的物理化学反应特点来决定，即由形成的固溶体和化合物的特性以及对αβ转变的影响等来决定。
而这些影响又与合金元素的原子尺寸、电化学性质（在周期表中的相对位置）、晶格类型和电子浓度等有关。
但作为Ti合金与其它有色金属如Al、Cu、Ni 等比较，还有其独有的特点，如：
（1）利用Ti的αβ转变，通过合金化和热处理可以随意得到α、α+β和β相组织；
（2）Ti是过渡族元素，有未填满的d电子层，能同原子直径差位于±20％以内的置换式元素形成高浓度的固溶体；
（3）Ti及其合金在远远低于熔点的温度中能同O、N、H、C等间隙式杂质发生反应，使性能发生强烈的改变；
（4）Ti同其它元素能形成金属键、共价键和离子键固溶体和化合物。
Ti合金合金化的主要目的是利用合金元素对α或β相的稳定作用，来控制α和β相的组成和性能。
各种合金元素的稳定作用又与元素的电子浓度（价电子数与原子的比值）有密切关系，一般来说，电子浓度小于4的元素能稳定α相，电子浓度大于4的元素能稳定β相，电子浓度等于4的元素，既能稳定α相，也能稳定β相。
工业用Ti合金的主要合金元素有Al、Sn、Zr、V、Mo、Mn、Fe、Cr、Cu和Si 等，按其对转变温度的影响和在α或β相中的固溶度可以分为三大类：α稳定元素、β稳定元素、中性元素[6,7]。
α稳定元素能提高相变点，在α相中大量溶解和扩大α相区。
例如铝、镓、硼、碳、氧、氮等。
这其中,铝在配制合金中得到了广泛的应用。
铝的固溶强化效果最显着,还可提高合金的高温强度,提高α+β型合金的时效能力,改善合金抗氧化性,减小合金密度,提高弹性模量。
β稳定元素能降低相变温度，在β相中大量溶解和扩大β相区。
其中铝、钒、铌、钽、钨等属于β同晶型的,在β钛中可以无限固溶,而铁、锰、钴、镍、铜、硅等,在β钛中只形成有限的固溶体,在含量相同时,它们的固溶强化效果大于同晶型β稳定元素的固溶强化效果。
就氧而言,Ti-6Al-4V(TC4)根据碳、氧、氮、氢等元素含量的不同有工业级(含氧%~%wt)和ELI级(超低间隙,含
氧%~%wt)。
因为氧元素为α稳定元素,使得合金的β转变温度发生变化,对工业级而言,为1010~1020℃,对ELI级为970~980℃[8]。
中性元素在实用含量范围内,对p相向a相的同素异晶转变温度的影响不大，在α和β相中均能大量溶解或完全互溶。
中性元素主要有锡、锆、铪。
α稳定型二元相图、β稳定型二元相图及β共析型二元相图分别如图1~图3。
3 钛合金固态相变
[1]纯Ti的β→α转变，是体心立方晶格向密排六方晶格的转变，完全符
合Burgers的取向关系：(110)β
222121
莫畏，王群骄，等.钛的金属学和热处理.北京.冶金工业出版社.2009
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