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凯发k8在线娱乐GWDL高溫真空氣氛爐加热/冷却方式对钛合金热处理强化的影响和工艺

作者: 發布時間:2020-05-04 浏覽次數:2536

凯发k8在线娱乐GWDL高溫真空氣氛爐加熱/冷卻方式對钛合金熱處理強化的影響和工藝:

凯发k8在线娱乐钛合金熱處理強化工藝如圖3所示。钛合金固溶處理溫度越高,經時效後彌散強化效果越明顯,但是如果溫度高于β轉變溫度(即相變點)淬火,因α相消失,β相晶界移動加快,會引起晶粒過分粗大而導致脆性。實際證明,固溶處理溫度一般低于(α+β)/β相變點30 ℃110 ℃合理選擇,對于合金元素較低的α+β型钛合金選用較高溫度淬火,以便得到更多的馬氏體相。合金元素較高的α+β型钛合金選用較低溫度淬火,以便得到較多的亞穩β相,經時效後強化效果更明顯。此外,保溫時間延長對钛合金組織影響不敏感。

3钛合金热处理工艺示意圖

1-加热; 2-保温; 3-水冷; 4-时效

2.2  真空加熱環境對钛合金熱處理的影響

Ti是一種化學活性很高的金屬,在高溫下Ti很容易與CNOH等發生強烈反應,並對钛合金材料本身性能帶來不利影響,例如钛合金與O反應使材料表面形成富氧層,使之性能下降;钛合金加熱時容易吸H,引起氫脆。

真空狀態下加熱是最理想的氣氛,見表1。

1 真空度和相對雜質含量及露點

1数据说明,真空状态下加热实质上是在非常稀薄的氣氛下加热,当热场真空达到10-3 Pa時,可以實現钛合金的光亮處理。

本文所論述的真空水淬爐采用無碳元素的金屬屏熱場,輔以高真空加熱友好環境,爐膽的加熱元件爲钼镧合金帶,隔熱屏是由钼屏+不鏽鋼屏組成複合隔熱屏,對钛合金而言是一個清潔的加熱場;真空系統配置了三級泵組,即:機械泵+羅茨泵+擴散泵,可以得到相當雜質含量≤0.01 ppm的氣氛加热环境,为钛合金光亮、无氧化热处理强化提供安全保障。

2.3  熱場爐溫均勻性對钛合金熱處理的影響

钛合金導熱性差,導熱系數只有鐵的1/5,如果熱場爐溫均勻性不夠,很容易造成零件局部溫度過高,致使局部過熱,超過β轉變點形成魏氏組織。

高溫立式真空水淬爐選用950℃進行爐溫均勻性測試,9点测温,设备热场测试结果见圖4。凯发k8在线娱乐GWDL高溫立式真空水淬爐熱場有效區內爐溫均勻性達到了≤±3 ℃。

4 高温立式真空水淬炉炉温均匀性测试示意圖

2.4  冷卻介質對钛合金固溶過程的影響

真空热处理技术是根据组织性能要求和构件材料的相变规律,选择适合的冷却介质,使得真空加热的材料和构件在真空环境下按照要求的冷却速度冷却至出炉温度。真空热处理常用冷却介质包括:真空淬火油、非含氧气体以及水,选择不同的冷却介质具有不同的冷却速率,如圖5所示。

真空油淬冷却利用的冷却介质为真空淬火油,该技术可以替代盐浴、氣氛;と却,在获得理想的心部组织和力学性能的同时,保证表面的光洁,特别适用于中、高合金钢的淬火。目前,真空油淬技术在我国热处理行业应用广泛,通过长期的设备、工艺、淬火油品质的改进,真空油淬技术较为成熟。但是,由于其冷却速率较慢(低于水淬),在钛合金热处理过程中如果控制不得当,容易形成脆性ω相;另一方面,钛合金工件高溫加熱入油後,在工件表面與油蒸汽接觸反應瞬間形成增碳,不利于钛合金性能的提高,因此不太適用于钛合金的真空熱處理。

真空氣淬冷卻利用的非含氧型氣體作爲冷卻介質,其特點是在一定範圍內,隨著爐內氣體壓力的提高,冷卻速度可以隨之提高。真空氣淬常用的冷卻氣體是:N2H2HeAr,它們的導熱能力有很大差別,H2的冷卻能力最強,He次之,N2第三,Ar最次。使用40bar H2超高壓氣淬,其冷卻速度可以接近水淬速度,但H2使用較爲危險,同時钛合金高溫時容易吸H,引起氫脆,因此不能作爲钛合金真空熱處理的冷卻介質;使用20bar He超高壓氣淬,其冷卻速率介于油和水之間,可以取代真空油淬,但HeAr價格太高,淬火後還需考慮回收,熱處理成本過高而不能作爲钛合金真空熱處理的主要冷卻介質;N2廉價、安全,但是冷卻能力較差,且高溫下與Ti發生強烈反應,降低钛合金材料性能。該技術也不適用于钛合金固溶強化處理。

真空水淬技术用水作为淬火介质,特别适用于钛合金工件的固溶处理。真空水淬的工件在真空条件下完成无氧化加热之后,迅速转移至淬火水槽,得到所需的固溶组织。目前国际上发达国家正在研究钛合金真空水淬的新工艺与新装备,试圖降低钛合金真空热处理生产成本,改善性能,提高産品质量。

中國某公司使用型號凯发k8在线娱乐GWDL高溫立式真空水淬爐對钛合金材料Ti-6Al-2Zr-2Sn-1Cr-2Nb做了不同介质的冷却实验,结果如圖6所示。

钛合金固溶處理金相照片(a) 水冷; (b) 油冷; (c)空冷

综上所述,选择不同的冷却介质对钛合金固溶处理的组织结构影响較大,只有淬火介质选择水,快速冷却才会得到理想的马氏体相变,淬火冷却速度决定固溶质量,对钛合金弥散强化起至关重要的作用。

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