鈦合金應用情(qing)況(kuang)

鈦(tai)合金作為一(yi)種重要(yao)結構金屬，具有密度(du)低(di)、比強(qiang)度(du)高、耐腐蝕、耐高溫(wen)、無磁、耐海(hai)(hai)水和海(hai)(hai)洋大氣(qi)腐蝕等(deng)優(you)良綜合性能，被(bei)廣泛應用在航(hang)空(kong)、航(hang)天、艦船、兵(bing)器、核、化工、海(hai)(hai)水淡(dan)化、醫療器械(xie)、環境保護(hu)等(deng)領域，對于裝備輕量化，提升裝備服役性能具有重要(yao)意義，是國防強(qiang)國的(de)重要(yao)戰略(lve)材料之一(yi)。

鈦(tai)合(he)金的(de)(de)類型與性(xing)能有較(jiao)好的(de)(de)對應(ying)關系，如(ru)圖1所示。例如(ru)，α鈦(tai)合(he)金具(ju)有較(jiao)高的(de)(de)耐熱性(xing)和(he)可焊性(xing)，而β鈦(tai)合(he)金具(ju)有較(jiao)高的(de)(de)室溫強度和(he)冷成形性(xing)，α+β兩相鈦(tai)合(he)金則具(ju)有較(jiao)好的(de)(de)綜合(he)性(xing)能。

圖1 各類鈦合金的主要特征

鈦合金熱處理

熱(re)處(chu)理(li)是(shi)鈦(tai)及鈦(tai)合金(jin)加(jia)工過程中(zhong)優化組(zu)織和(he)性能的重(zhong)要環節。選擇(ze)適宜的鈦(tai)及鈦(tai)合金(jin)熱(re)處(chu)理(li)標準(zhun)及工藝，是(shi)鈦(tai)及鈦(tai)合金(jin)產品獲得(de)滿足使用(yong)用(yong)途(tu)的組(zu)織和(he)性能最佳(jia)匹配關系的重(zhong)要條(tiao)件。

圖2 鈦合金熱處理工藝

目前(qian)工(gong)(gong)業上常用的(de)熱處理工(gong)(gong)藝如下：

· 普(pu)通退火：在合金β轉變溫度以下20℃～250℃的(de)溫度下加熱后空(kong)冷或更慢冷。

· 完全退(tui)火：在高于再結晶溫度但低于β轉變溫度下加熱(re)、保溫，然(ran)后空冷(leng)或(huo)爐冷(leng)的(de)熱(re)處理。

 · 雙(shuang)重(zhong)退火：在完全退火后，空冷至合(he)金(jin)β轉變溫(wen)度以下250℃～450℃的溫(wen)度下加熱后空冷。

· 等溫(wen)退(tui)火：在(zai)合金(jin)的β轉(zhuan)變溫(wen)度(du)以(yi)下20℃～160℃的溫(wen)度(du)下加熱、保溫(wen)，隨后轉(zhuan)移到(dao)β轉(zhuan)變溫(wen)度(du)以(yi)下350℃～450℃的爐(lu)中或(huo)隨爐(lu)冷(leng)卻至此溫(wen)度(du)保溫(wen)后空冷(leng)或(huo)爐(lu)冷(leng)。

· β退火：在合(he)金的(de)β轉變溫度(du)以上適當的(de)溫度(du)進行退火。

· 消除(chu)應力退火：使產品(pin)殘(can)余應力減少又不引起組織(zhi)再結(jie)晶的熱處理。

 · 固(gu)溶處理：將合金加(jia)熱到(dao)適當溫(wen)度，并(bing)在這一(yi)溫(wen)度保持足(zu)夠時間使可溶組分完全(quan)溶入固(gu)溶體，在淬火以后能(neng)保持一(yi)種不穩定狀(zhuang)態的(de)熱處理。

· 時效處(chu)理(li)：經固(gu)溶處(chu)理(li)后在適當溫度(du)保持足夠時間，使(shi)其從不穩(wen)定固(gu)溶體中析出(chu)第二相(xiang)而引起強(qiang)化(hua)(hua)的熱處(chu)理(li)。也可(ke)使(shi)合金中的金屬間化(hua)(hua)合物析出(chu)達(da)到(dao)高強(qiang)化(hua)(hua)。

· 熱等靜壓處理：在密封容器(qi)中(zhong)，通過(guo)高(gao)溫(wen)和高(gao)壓（氬氣(qi)介質(zhi)）的(de)(de)同時作用，使鈦(tai)及(ji)鈦(tai)合(he)金經受高(gao)溫(wen)和各向均等的(de)(de)靜壓應力(li)工(gong)藝過(guo)程(cheng)，以減少或去除鈦(tai)及(ji)鈦(tai)合(he)金的(de)(de)內(nei)部(bu)氣(qi)孔、疏(shu)松等缺(que)陷。 

鈦合金熱(re)處理標準現狀

1、國內鈦合金熱處理標(biao)準現(xian)狀(zhuang)

我國(guo)鈦(tai)及鈦(tai)合(he)金(jin)熱處理專用(yong)標(biao)(biao)(biao)(biao)準(zhun)包含(han)1項(xiang)國(guo)家(jia)標(biao)(biao)(biao)(biao)準(zhun)、1項(xiang)國(guo)家(jia)軍用(yong)標(biao)(biao)(biao)(biao)準(zhun)和3項(xiang)行業標(biao)(biao)(biao)(biao)準(zhun)，標(biao)(biao)(biao)(biao)準(zhun)中包含(han)的(de)材料牌(pai)號(hao)(hao)、品種、熱處理方式見表1。標(biao)(biao)(biao)(biao)準(zhun)中規定了部分常(chang)用(yong)鈦(tai)合(he)金(jin)牌(pai)號(hao)(hao)的(de)熱處理制度、設備、工藝與(yu)質量(liang)控制等相(xiang)關要(yao)求。

表1 國內鈦及鈦合金(jin)熱處(chu)理標準

2、國外(wai)鈦(tai)合金熱(re)處理標(biao)準現狀

美國

美(mei)國鈦(tai)及鈦(tai)合(he)金(jin)熱(re)處理(li)(li)行業級以上(shang)標準有AMS 2801B-2014《Heat Treatment of Titanium Alloy Parts》和(he)AMS-H-81200D-2014《Heat Treatment of Titanium and Titanium Alloys》，涉及主要牌號、品種及熱(re)處理(li)(li)方(fang)式見表(biao)2。標準中除相(xiang)關熱(re)處理(li)(li)制(zhi)度規定外，還對熱(re)電(dian)偶、爐溫均勻性控制(zhi)要求、熱(re)處理(li)(li)介質(zhi)、輔助(zhu)裝置、淬(cui)火槽、熱(re)處理(li)(li)步驟、熱(re)處理(li)(li)后的(de)材(cai)料(liao)測(ce)試(shi)步驟做出了規定。

表2 國外鈦及鈦合(he)金熱處理標準(zhun)

俄羅斯

俄羅斯關(guan)于鈦合(he)金通用熱處(chu)理(li)標準主要為ПИ1.2.139-80《變(bian)形鈦合(he)金零(ling)件(jian)(jian)和組裝單元的(de)(de)真空(kong)熱處(chu)理(li)》和No.685-76《變(bian)形鈦合(he)金半(ban)成品和零(ling)件(jian)(jian)的(de)(de)熱處(chu)理(li)》。主要針(zhen)對俄羅斯常用的(de)(de)ОТ4、ОТ4-0、ОТ4-1、ПТ-7М、ВТ3-1、ВТ6С、ВТ14、ВТ16、ВТ20等變(bian)形鈦合(he)金零(ling)件(jian)(jian)和半(ban)成品，規定了真空(kong)熱處(chu)理(li)制度、質量(liang)檢(jian)驗、設備(bei)、熱處(chu)理(li)前零(ling)件(jian)(jian)和工(gong)裝的(de)(de)準備(bei)等技術要求。采(cai)用的(de)(de)真空(kong)熱處(chu)理(li)方(fang)式(shi)有除(chu)氫退火(huo)、不完全(quan)退火(huo)、完全(quan)退火(huo)、雙重退火(huo)、等溫退火(huo)、淬(cui)火(huo)加(jia)時效、時效。

存在問題

隨著鈦合(he)金(jin)在(zai)航(hang)空(kong)、航(hang)天、船舶、兵器(qi)等領域(yu)的應用越來越廣泛且對其性(xing)能和質(zhi)(zhi)量(liang)穩(wen)定性(xing)要求越來越嚴格，鈦合(he)金(jin)熱處(chu)理(li)已作為產品(pin)質(zhi)(zhi)量(liang)控制的重點。由于中國的鈦工業(ye)進(jin)程起(qi)步較晚(wan)，標準體系(xi)還(huan)不夠健全(quan)，鈦及鈦合(he)金(jin)熱處(chu)理(li)標準存在(zai)以下問題：

1）國(guo)內現有(you)鈦(tai)(tai)(tai)及(ji)鈦(tai)(tai)(tai)合(he)金(jin)(jin)熱處理(li)(li)專用(yong)(yong)標準未能覆(fu)蓋各(ge)領(ling)域通(tong)用(yong)(yong)的(de)(de)鈦(tai)(tai)(tai)合(he)金(jin)(jin)牌號，標準更新(xin)速度慢，已(yi)無法滿足(zu)武器裝備應用(yong)(yong)要求。如TA31鈦(tai)(tai)(tai)合(he)金(jin)(jin)，由于其(qi)高強韌、耐(nai)腐蝕、耐(nai)沖擊、強可焊性的(de)(de)特點，在船舶、兵器等領(ling)域已(yi)得(de)到(dao)廣泛的(de)(de)應用(yong)(yong)，但在鈦(tai)(tai)(tai)及(ji)鈦(tai)(tai)(tai)合(he)金(jin)(jin)熱處理(li)(li)標準中未對TA31鈦(tai)(tai)(tai)合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)熱處理(li)(li)制度進行規定(ding)。

2）鈦及(ji)鈦合(he)金熱(re)處(chu)理(li)標準(zhun)對工藝(yi)及(ji)質(zhi)量要(yao)求(qiu)不全面(mian)，工藝(yi)控(kong)(kong)制、工藝(yi)文件、數(shu)據記(ji)錄(lu)、偏離項控(kong)(kong)制、特(te)(te)殊(shu)過程要(yao)求(qiu)是鈦合(he)金熱(re)處(chu)理(li)質(zhi)量控(kong)(kong)制的重(zhong)要(yao)環節，但在(zai)鈦及(ji)鈦合(he)金熱(re)處(chu)理(li)標準(zhun)中未能系統地給(gei)出(chu)相關要(yao)求(qiu)。如GJB 3763-1999標準(zhun)中分別(bie)在(zai)要(yao)求(qiu)、質(zhi)量保證規定章節對表面(mian)污染(ran)、真(zhen)空除氫、記(ji)錄(lu)及(ji)不合(he)格(ge)品處(chu)理(li)提(ti)出(chu)了要(yao)求(qiu)，對重(zhong)復熱(re)處(chu)理(li)次數(shu)、人員資質(zhi)、特(te)(te)殊(shu)過程等要(yao)求(qiu)沒有(you)給(gei)出(chu)相關規定。

建議

鈦(tai)合(he)金(jin)熱處理(li)標(biao)(biao)(biao)準(zhun)(zhun)是鈦(tai)合(he)金(jin)生產工藝的重(zhong)要(yao)(yao)技術文(wen)件，是實現熱處理(li)生產全面管(guan)理(li)的有效措施。鈦(tai)合(he)金(jin)實際生產中(zhong)(zhong)主要(yao)(yao)以材料規范中(zhong)(zhong)的推薦熱處理(li)制(zhi)度(du)為(wei)主要(yao)(yao)參考，輔助以鈦(tai)合(he)金(jin)熱處理(li)專(zhuan)用標(biao)(biao)(biao)準(zhun)(zhun)及(ji)(ji)基礎標(biao)(biao)(biao)準(zhun)(zhun)規定其工藝及(ji)(ji)質量(liang)要(yao)(yao)求等。鈦(tai)合(he)金(jin)熱處理(li)標(biao)(biao)(biao)準(zhun)(zhun)需要(yao)(yao)在完善標(biao)(biao)(biao)準(zhun)(zhun)技術要(yao)(yao)求的同時(shi)，加強標(biao)(biao)(biao)準(zhun)(zhun)管(guan)理(li)及(ji)(ji)貫徹(che)實施工作，具(ju)體建議如下：

1）及時(shi)(shi)對標準(zhun)技術內容進(jin)行修訂，結合市(shi)場需求(qiu)納入各(ge)領(ling)域廣泛(fan)使用(yong)的通(tong)用(yong)牌號，同時(shi)(shi)對熱(re)處理設備、檢驗、質量(liang)控制及技術安全等相關要求(qiu)進(jin)行優化。

2）加強鈦(tai)合金熱(re)處理(li)相關專用(yong)標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)及基礎標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)的(de)貫徹實(shi)施(shi)工作，標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)的(de)制修訂工作后應(ying)在實(shi)施(shi)人員及質量人員中做好標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)的(de)宣講工作，將標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)的(de)技術內容(rong)貫徹到鈦(tai)合金熱(re)處理(li)工藝中，與相關材料(liao)規(gui)范配合使用(yong)，穩定材料(liao)生產。