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GWDL高溫真空處理爐對钛合金的熱處理強化特點

作者: 發布時間:2020-05-04 浏覽次數:1750

GWDL高溫真空處理爐對钛合金的熱處理強化特點如下:

1.1  钛合金的分類

钛合金可分爲三類 ,钛合金分類的三維相圖是較爲明顯的示意圖 ,見圖1所示。

α钛合金 ,包括工業純钛 ,TA5(Ti-4Al-0.005B)TA7(Ti-5Al-2.5Sn)等 ,該類合金不能通過熱處理強化 ,只能退火 ,組織穩定 ,常溫強度不高。

α钛合金 ,該合金含有少量的β穩定元素(2%) ,組織中含有7%-15%β相 ,如材料牌號:TC1(Ti-2Al-1.5Mn) TC2(Ti-4Al-1.5Mn) ,該類材料對熱處理制度不敏感。

α+β钛合金 ,又稱馬氏體α+β型钛合金 ,含有15%-40% β相 ,典型代表材料TC4(Ti-6Al-4V)、熱強钛合金TC6(Ti-6Al-2.5Mo-1.5Cr-0.5Fe-0.3Si)、制造緊固件的典型代表材料TC16(Ti-3Al-5Mo-4.5V)等 ,它們可以通過凯发k8在线娱乐熱處理強化 ,即:固溶處理+時效(彌散強化)。

亞穩定β型钛合金 ,材料含有臨界濃度的β穩定元素。該類合金經退火後具有良好的加工性 ,可以熱處理強化 ,經淬火+时效处理后可以达到很高的强度 ,并且亞穩定β型钛合金在室溫強度、斷裂韌性和淬透性優于α+β钛合金 ,典型代表材料牌號TB2(Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al)TB5(Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al)TB8Ti-15Mo -3Al-2.7Nb-0.2Si) ,TB8(β21s)钛合金爲高強度钛合金 ,高溫性能良好 ,具有優良的冷軋和冷成型性 ,是公認的用于飛機上高強度彈簧材料。

穩定β型钛合金 ,β穩定元素的含量超过一定数值后β轉變溫度就會降到室溫以下 ,金相組織爲單相β組織 ,代表牌號美國Alloy C(Ti-35V-15Cr)。

1.2  钛合金冷卻過程的相變

钛合金被裝入真空爐加熱後 ,精確控制钛合金零件冷卻的相變過程 ,從而得到不同的組織結構。凯发k8在线娱乐熱處理強化的基礎是钛合金加熱及冷卻産生相變 ,钛合金自高溫快速冷卻時 ,發生馬氏體相變 ,β相可以轉變爲馬氏體(六方馬氏體α'或斜方馬氏體α'')、ω相或過冷β相(即β')。以Ti-5Cr-3Al钛合金爲例[5] ,阐明亞穩定β相等溫轉變過程 ,如圖2所示。

從圖2中可以看出 ,冷卻時β相發生轉變 ,如果工藝過程要得到馬氏體相變 ,只有加大冷卻速度:當合金從固溶溫度快速冷卻(水中淬火) ,β→α'(hcp ,馬氏體) ;當冷卻速度較慢時(油中冷卻) ,部分β→ω相(三角結構) ;當冷卻速度更低時(加壓充氣冷卻) ,β→α ;當冷卻速度非常低時(空氣冷卻) ,β→α+β ;在520 ℃720 ℃範圍內 ,當冷卻速度非常緩慢(或在共析溫度以下長時間等溫加熱) ,發生共析分解β→α+TiCr2(化合物) ,即α相在原始的β相界形核並長大。

因此 ,實現钛合金材料的熱處理強化 ,淬火是钛合金熱處理強化的必要前提 ,淬火過程的冷卻速度起決定因素。

1.3  钛合金熱處理強化特點

钛合金在加热和冷却过程中会发生相变 ,对于不同合金体系可以通过控制其各自的相变过程 ,从而得到不同的组织结构。通过不同介质的钛合金冷却试验 ,可以发现钛合金熱處理強化特點主要表现为:

1)淬火過程應盡量避免形成ω相 ,ω相會使材料變脆 ,當然 ,采用高溫時效可使ω相分解 ;

2)反複熱處理相變不能細化钛合金晶粒 ,這點不同于鋼鐵材料 ;

3α+β型钛合金熱處理淬火後淬透性不高 ,淬火熱應力大 ,很易引起長杆狀零件變形 ,因此長杆狀工件只能豎向裝入爐內加熱 ,並縱向進入淬火介質內 ,基于工件減少變形研發的立式真空淬火爐爲钛合金熱處理過程適當地減少淬火變形提供了條件 ;

4)马氏体相变不能使钛合金得到强化 ,只能通过淬火时形成的穩定相(包括马氏体相)的时效分解 ,即弥散强化。热处理强化对α钛合金是無效的 ,熱處理強化主要用于α+β型钛合金和β型钛合金。

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