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.消除应力退火温度不能过高、过低,因为

　　过高引起晶粒粗化,产生不必要的相变而影响机械性能,过低又会使应力得不到

　　消除,所以,一般是选在再结晶温度以下.对于工业纯钛来说,消除应力退火的

　　加热温度为500-600℃.加热时间应根据工件的厚度及保温时间来确定.为了提

　　高经济效果并防止不必要的氧化,应选择能消除大部分内应力的最短时间.工业

　　纯钛消除应力退火的保温时间为15-60分钟,冷却方式一般采用空冷.

　　（二）再结晶退火（完全退火）

　　α-钛大部分在退火状态下使用,退火可降低强度、提高塑性,得到较好的综

　　合性能.为了尽可能减少在热处理过程中气体对钛材表面污染,热处理温度尽可

　　能选得低些.工业纯钛的退火温度高于再结晶温度,但低于α向β相转变的温度

　　120-200℃,这时所得到的是细晶粒组织.加热时间视工件厚度而定,冷却方式

　　一般采用空冷.对于工业纯钛来说,再结晶退火的加热温度为680-700℃,保温

　　时间为30-120分钟.规范的选取要根据实际情况来定,通常加热温度高时,保

　　温时间要短些.

　　需要指出的是,退火温度高于700℃时,而且保温时间长时,将引起晶粒粗

　　化,导致机械性能下降,同时,晶粒一旦粗化,用现有的任何热处理方法都难以

　　使之细化.为了避免晶粒粗化,可采取下列两种措施：

　　1）尽可能将退火温度选在700℃以下.

　　2）退火温度如果在700℃以上时,保温时间尽可能短些,但在一般情况下,

　　每mm厚度不得少于3分钟,对于所有工件来讲,不能小于15分钟.

　　（三）真空退火

　　钛中的氢虽无强化作用,但危害性很大,能引起氢脆.氢在α-钛中的溶解

　　度很小,主要呈TiH2化合物状态存在,而TiH2只在300℃以下才稳定.如将α-

　　钛在真空中进行加热,就能将氢降低至0.1%以下.当钛中含氢量过多时需要除

　　氢,为了除氢或防止氧化,必须进行真空退火.真空退火的加热温度与保温时间,

　　与再结晶退火基本相同.冷却方式为在炉中缓冷却到适当的温度,然后才能开炉,

　　真空度不能低于5×10-4mmHg.

　　二．TC4（Ti-6Al-4V）的热处理

　　在钛合金中,TC4是应用比较广泛的一种钛合金,通常它是在退火状态下

　　使用.对TC4可进行消除应力退火、再结晶退火和固溶时效处理,退火后的组织

　　是α和β两相共存,但β相含量较少,约占有10%.TC4再结晶温度为750℃.

　　再结晶退火温度一般选在再结晶温度以上80~100℃（但在实际应用中,可视具

　　体情况而定,如表5-26）,再结晶退火后TC4的组织是等轴α相+β相,综合性

　　能良好.但对TC4的退火处理只是一种相稳定化处理,为了充分民掘其优良性

　　能的潜力,则应进行强化处理.TC4合金的α+β/β相转变温度为980~990℃,固

　　溶处理温度一般选在α+β/β转变温度以下40~100℃（视具体情况而定,如表5-26

　　所示）,因为在β相区固溶处理所得到的粗大魏氏体组织虽具有持久强度高和断

　　裂韧性高的优点,但拉伸塑性和疲劳强度均很低,而在α+β相区固溶处理则无此

　　缺点.

　　规范

　　类型

　　温度（℃）时间（min）冷却方式

　　消除应力退火550~65030~240空冷

　　再结晶退火750~80060~120空冷或随炉冷却至590℃后空冷

　　真空退火790~815

　　固溶处理850~95030~60水淬

　　时效处理480~5604~8h空冷

　　时效处理是将固溶处理后的TC4加热到中等温度,保持一定时间,随后空冷.

　　时效处理的目