“钛合金热处理标准”知多少

钛合金应用情况

钛合金作为一种重要结构金属，具有密度低、比强度高、耐腐蚀、耐高温、无磁、耐海水和海洋大气腐蚀等优良综合性能，被广泛应用在航空、航天、舰船、兵器、核、化工、海水淡化、医疗器械、环境保护等领域，对于装备轻量化，提升装备服役性能具有重要意义，是国防强国的重要战略材料之一。

钛合金的类型与性能有较好的对应关系，如图1所示。例如，α钛合金具有较高的耐热性和可焊性，而β钛合金具有较高的室温强度和冷成形性，α+β两相钛合金则具有较好的综合性能。

图1 各类钛合金的主要特征

钛合金热处理

热处理是钛及钛合金加工过程中优化组织和性能的重要环节。选择适宜的钛及钛合金热处理标准及工艺，是钛及钛合金产品获得满足使用用途的组织和性能最佳匹配关系的重要条件。

图2 钛合金热处理工艺

目前工业上常用的热处理工艺如下：

· 普通退火：在合金β转变温度以下20℃～250℃的温度下加热后空冷或更慢冷。

· 完全退火：在高于再结晶温度但低于β转变温度下加热、保温，然后空冷或炉冷的热处理。

· 双重退火：在完全退火后，空冷至合金β转变温度以下250℃～450℃的温度下加热后空冷。

· 等温退火：在合金的β转变温度以下20℃～160℃的温度下加热、保温，随后转移到β转变温度以下350℃～450℃的炉中或随炉冷却至此温度保温后空冷或炉冷。

· β退火：在合金的β转变温度以上适当的温度进行退火。

· 消除应力退火：使产品残余应力减少又不引起组织再结晶的热处理。

· 固溶处理：将合金加热到适当温度，并在这一温度保持足够时间使可溶组分完全溶入固溶体，在淬火以后能保持一种不稳定状态的热处理。

· 时效处理：经固溶处理后在适当温度保持足够时间，使其从不稳定固溶体中析出第二相而引起强化的热处理。也可使合金中的金属间化合物析出达到高强化。

· 热等静压处理：在密封容器中，通过高温和高压（氩气介质）的同时作用，使钛及钛合金经受高温和各向均等的静压应力工艺过程，以减少或去除钛及钛合金的内部气孔、疏松等缺陷。

钛合金热处理标准现状

1、国内钛合金热处理标准现状

我国钛及钛合金热处理专用标准包含1项国家标准、1项国家军用标准和3项行业标准，标准中包含的材料牌号、品种、热处理方式见表1。标准中规定了部分常用钛合金牌号的热处理制度、设备、工艺与质量控制等相关要求。

表1 国内钛及钛合金热处理标准

2、国外钛合金热处理标准现状

美国

美国钛及钛合金热处理行业级以上标准有AMS 2801B-2014《Heat Treatment of Titanium Alloy Parts》和AMS-H-81200D-2014《Heat Treatment of Titanium and Titanium Alloys》，涉及主要牌号、品种及热处理方式见表2。标准中除相关热处理制度规定外，还对热电偶、炉温均匀性控制要求、热处理介质、辅助装置、淬火槽、热处理步骤、热处理后的材料测试步骤做出了规定。

表2 国外钛及钛合金热处理标准

俄罗斯

俄罗斯关于钛合金通用热处理标准主要为ПИ1.2.139-80《变形钛合金零件和组装单元的真空热处理》和No.685-76《变形钛合金半成品和零件的热处理》。主要针对俄罗斯常用的ОТ4、ОТ4-0、ОТ4-1、ПТ-7М、ВТ3-1、ВТ6С、ВТ14、ВТ16、ВТ20等变形钛合金零件和半成品，规定了真空热处理制度、质量检验、设备、热处理前零件和工装的准备等技术要求。采用的真空热处理方式有除氢退火、不完全退火、完全退火、双重退火、等温退火、淬火加时效、时效。

存在问题

随着钛合金在航空、航天、船舶、兵器等领域的应用越来越广泛且对其性能和质量稳定性要求越来越严格，钛合金热处理已作为产品质量控制的重点。由于中国的钛工业进程起步较晚，标准体系还不够健全，钛及钛合金热处理标准存在以下问题：

1）国内现有钛及钛合金热处理专用标准未能覆盖各领域通用的钛合金牌号，标准更新速度慢，已无法满足武器装备应用要求。如TA31钛合金，由于其高强韧、耐腐蚀、耐冲击、强可焊性的特点，在船舶、兵器等领域已得到广泛的应用，但在钛及钛合金热处理标准中未对TA31钛合金的热处理制度进行规定。

2）钛及钛合金热处理标准对工艺及质量要求不全面，工艺控制、工艺文件、数据记录、偏离项控制、特殊过程要求是钛合金热处理质量控制的重要环节，但在钛及钛合金热处理标准中未能系统地给出相关要求。如GJB 3763-1999标准中分别在要求、质量保证规定章节对表面污染、真空除氢、记录及不合格品处理提出了要求，对重复热处理次数、人员资质、特殊过程等要求没有给出相关规定。

建议

钛合金热处理标准是钛合金生产工艺的重要技术文件，是实现热处理生产全面管理的有效措施。钛合金实际生产中主要以材料规范中的推荐热处理制度为主要参考，辅助以钛合金热处理专用标准及基础标准规定其工艺及质量要求等。钛合金热处理标准需要在完善标准技术要求的同时，加强标准管理及贯彻实施工作，具体建议如下：

1）及时对标准技术内容进行修订，结合市场需求纳入各领域广泛使用的通用牌号，同时对热处理设备、检验、质量控制及技术安全等相关要求进行优化。

2）加强钛合金热处理相关专用标准及基础标准的贯彻实施工作，标准的制修订工作后应在实施人员及质量人员中做好标准的宣讲工作，将标准的技术内容贯彻到钛合金热处理工艺中，与相关材料规范配合使用，稳定材料生产。