热处理工培训

1、钛合金的分类及特点 1钛合金的分类 钛合金按不同的方法可分为不同类型，按亚稳定状态相组成可分为型、近型、+型、近型、亚稳定型和型钛合金 按退火后的组织特点可分为型、型、+型钛合金。（表1-1） 按用途可分为工业纯钛、耐蚀钛合金、结构钛合金、耐热钛合金、低温钛合金等。 按强度可分为低强度、普通强度、中等强度、高强度、最高强度等5类。钛合金的分类及特点钛合金的分类及特点钛合金的分类及特点 钛合金的特点 型钛合金的性能特点：密度小，可退火热处理，有很好的热强性和热稳定性，焊接性能好，有好的室温、超低温和高温性能。 +型钛合金的性能特点：可热处理强化，强度及淬透性随稳定元素的增加而提高，可焊性较好，T

2、C4ELI合金有良好的超低温韧性，加工的TC4ELI合金有良好的损伤容限性能。钛合金的分类及特点 型钛合金的性能特点： 热稳定型钛合金具有室温强度较低，冷成型和冷加工能力强，在还原介质中耐腐蚀性较好，热稳定性、可焊性好，淬透性好。 亚稳定型钛合金固溶处理后，室温强度低，冷成形和冷加工能力强，可焊性好。经时效后，室温强度高，在高屈服强度下断裂韧性高。在350以上热稳定性差。 近型钛合金除具有亚稳定型钛合金的特点外，相区固溶处理后，屈服强度低，均与伸长率高；+相区固溶处理后、WQ或AC，时效后在高强度状态下断裂韧性及塑性较高；而+相区固溶处理后、FC后在中强度状态下，可获得高的断裂韧性及塑性。钛合

3、金的分类及特点 钛及钛合金密度小，抗拉强度高（可达1400MPa）。在-253600温度范围内，它的比强度（抗拉强度/密度）在金属材料中几乎最高。（图1-1 1-2）在适当的氧化性环境中可形成一种薄而致密的氧化膜，具有优异的耐蚀性能，具有非磁性、线膨胀系数小。钛合金的分类及特点钛合金的分类及特点钛与合金元素的相互作用 同族元素锆和铪具有与钛相同的外层电子结构和晶格类型，原子半径也接近，故与钛和钛均能无限互溶，形成连续固溶体。 元素周期表上靠近钛的元素，如钒、钼、铌、钽等与钛具有相同的晶格类型，能与钛无限互溶，在钛中有限互溶。 元素周期表上离钛越远的元素在钛中溶解度则越小，易形成化合物。 总体可

4、分为三类：稳定元素、稳定元素、中性元素。（见表1-3）钛与合金元素的相互作用钛与合金元素的相互作用钛与合金元素的相互作用 其中碳、氧、氮、氢，有时好包括硅、铁等都是由原材料或在加工过程中带入的，一般称为杂质元素。这些元素可使钛及钛合金的强度提高、塑性降低，甚至使断裂韧性、低温韧性、疲劳韧性、耐蚀性、冷成型性和可焊性变坏。 其他元素均按一定含量范围加入到钛及钛合金中，以改变其组织和性能，所以称为合金元素。合金元素强化效果见下表。合金元素合金元素稳定元素稳定元素中性元素中性元素稳定元素稳定元素AlSnZrMnFeCrMoVNbSib/MPa5.02.52.07.57.56.55.03.51.512

5、.0钛与合金元素的相互作用 锆的加入可强化相，可以使钛的室温抗拉强度升高，塑性下降，还能提高高温拉伸性能，图1-6 1-7。铪由于十分稀缺工业钛合金中尚未应用。钛与合金元素的相互作用钛与合金元素的相互作用图1-7 锆对退火态纯钛高温抗拉性能的影响a 抗拉性能的影响 b 伸长率的影响钛与合金元素的相互作用 钽、铌、钼、钒、硅、铜、铬、锰、铁元素均能使纯钛的室温抗拉强度提高，同时降低塑性指标。 铝在工业钛合金中广泛应用，主要起强化固溶体作用，但过量的铝在使用温度下会生成Ti3Al为基的2相，这种2相存在会提高合金的抗拉强度，而合金的塑性和韧性下降。 为控制2相引起的脆性要控制铝含量，铝当9时，合金

6、丧失热稳定性，一般控制铝当8。钛与合金元素的相互作用 氢对钛合金性能的影响主要表现为氢脆。 钛合金中氢可固溶于相和相，也可以以相（氢化物）形式存在。 氢脆及其特点表1-11。钛与合金元素的相互作用钛与合金元素的相互作用 当钛及钛合金中氢含量小于0.020%（质量分数）时，可防止发生氢化物型氢脆。但应力感生氢化物型氢脆及可逆氢脆在钛合金中很难避免。 减少氢脆的主要措施就是减少氢含量，实践中则严格控制原材料，采用真空熔炼，在加热中严格控制加热气氛及采用一定的保护措施。 氢在钛合金中的应用。在钛及钛合金中氢可以造成各种氢脆源，引起低应力脆断，因此，利用此特性来制备钛及钛合金粉末。生成的TiH2可作为

7、制备氢气的纯氢源。钛与合金元素的相互作用 氮、氧和碳能提高钛合金的塑-脆转变温度，应尽量降低他们的含量，特别是氧含量。国内外出现的“ELI”级合金间隙元素含量低，可改善合金的低温性能，可提高合金常温韧性指标。 锡和锆在钛和钛中均有较大的固溶度，它们都能使纯钛的室温抗拉强度升高，塑性降低，锆和锡还能提高钛的高温拉伸性能。主要起固溶强化作用。图1-45钛与合金元素的相互作用图1-45 锡对退火态纯钛高温抗拉性能的影响a 强度影响 b 伸长率影响钛合金的相变 钛合金的同素异构转变，当纯钛自高温缓慢冷却至882.5时，体心立方晶格的相转变成密排六方晶格的相。 相在快冷（淬火）过程中的相变：因合金成分的

8、不同，相可以转变为马氏体（或”）、或或过冷等压稳定相。 相在慢冷（炉冷或空冷）过程中的相变：将自相及相的成分分别沿各自的溶解度曲线变化。钛合金的相变 相的析出过程是一个形核和核长大的过程，形核位置、晶核数量、长大速率与合金的成分及冷却条件有关。当冷却速度很慢时，由于产生的过冷度很小，晶核只能在晶界上形成，并在晶界区长大为晶界。而后许多在晶界区的晶核从晶界向晶内生长，形成位向相同、相互平行的长条状组织，一般为平直组织（见图1-54）。若冷却速度不够慢时，则在晶粒内部也可形核，并长成独自的片丛；若冷却速度极慢，可能整个晶粒就成为一个片从，片丛晶界形核，向晶内生长，贯穿整个晶粒。钛合金的相变 丛的大

9、小的影响因素：一般来说，加热温度越高，保温时间越长，稳定元素越多，相变点越低，冷却速度越慢及相区的变形加工量越小，则丛将越大。当加热温度较低或冷却速度较快时，形核位置及晶核数量增多，故每个丛中相互平行的条数变少、变宽。而且相互交错，有如宽针状，称为“网篮组织”（见图1-55）钛合金的相变热处理缺陷和防治 缺陷 几种典型缺陷：1 由于在AC3温度以上金属过热，或者由于在+区的上限温度区保持时间过长产生粗大晶粒；2 由于违反了热处理所规定的工艺参数，合金的力学性能和使用性能偏离了已定的技术条件；3 由于在大气中，对于钛来说含有过量的活性气体，使之在热处理中产生强烈的气体饱和；4 在过高的温度下进行

10、真空退火时，合金元素从表面或者沿晶界蒸发；5 在热处理时由于加热速度和冷却速度过快，零件或半成品产生歪曲；6 由于热应力和相应力产生裂纹。热处理缺陷和防治 缺陷防治 对于前五种，可以通过合理制定和严格执行热处理制度来防止。 第六种缺陷是由于钛合金塑性不足，在淬火后，时效时无载荷自行发展的裂纹，是热应力和相应力共同作用的，对于这种缺陷的有效防治方法是：1 降低淬火温度；2 提高时效温度至500550，同时适当提高加热速度，以保证加热过程中不产生裂纹；3 采用等温淬火；4 低温时效前采用高温时效（高于500）。常见钛合金的热处理制度 板材的热处理 轧制单张板材时需进行中间退火和最终退火，中间退火可

11、以完全消除合金在温轧过程中产生的加工硬化。中间退火前，一般进行酸洗，以去除残留的气体饱和层，最终于600-800在真空中进行。 淬火时必须进行无氧化的加热，一般在具有惰性气体保护的加热炉中进行或者是真空加热，而后续的快冷可以采取向炉内送入冷氦气或者冷氩气。 轧制时，坯料表层温度会下降到AC3以下，从而表层内产生-相变，最终中心为相，周边区域为+组织，这种组织不均可用退火或高于AC330-50的温度区间变形的方法来消除。常见钛合金的热处理制度 锻坯的热处理 生产锻坯时通常不需要进行特需的中间退火，但常要进行2-3次中间加热，产生再结晶，使合金软化。 成品锻件一般要进行完全退火。常见钛合金的热处理

12、制度 防止或减少退火中加工件的瓢曲的主要措施：退火件在炉底摆放合理，退火件均匀冷却。形变热处理（热机械处理） 形变热处理在钛合金的热处理已得到广泛应用，这是因为对许多钛合金，形变热处理在提高其强度的同时，还可以提高其塑性。 根据形变温度的不同，形变热处理可分为高温形变热处理、低温形变热处理、预形变热处理和复合形变热处理。图4-1形变热处理（热机械处理）形变热处理 高温形变热处理包括有+区或区的热变形+淬火+时效。由于热变形后立即淬火，在合金中强烈的进行再结晶并保存着热变形金属的组织和微细结构的特征，具有这种组织的合金在时效时，会使其获得比常规淬火和时效的强化热处理方法更高的力学性能。 低温形变

13、热处理包括淬火+随后的冷塑性变形或温塑性变形+时效。这种对已淬火的钛合金进行温或冷变形会促使淬火固定下来的亚稳定相急速分解，此时时效会使合金在保留塑性的情况下，强度有很大的提高。形变热处理 预形变热处理：热变形+保存未再结晶组织速度下的冷却+保存未再结晶组织温度下的淬火+时效。区别于高温形变热处理-热变形过程与淬火时的加热是分开的。 复合形变热处理是将高温形变热处理和低温形变热处理有关工序组合到一起。 形变热处理与普通热处理的性能对比表4-2形变热处理化学热处理 钛合金的耐磨性差，一般比钢低40%，黏合性大，摩擦系数大，在还原介质中抗腐蚀性较低。为改善这些性能，可采用化学热处理、电镀和喷涂等方

14、法。化学热处理中以渗氮和渗氧应用较为广泛。化学处理前要仔细进行清洗和脱脂。 渗氮处理可使钛合金的耐磨性和热稳定性提高十倍。但其塑性指标也会成倍下降。 渗氮工艺：850-950氮介质中氮化。化学热处理 渗氧可以提高钛合金表面强度。 在工业上可以采用以下三种渗氧工艺： 1 在空气中700-800加热，随后缓慢随炉冷却。 2 在空气中850加热，随后在水中冷却（用于去除氧化层） 3 于700-850用石墨或者沙子覆盖，随后同覆盖物一起在空气中冷却。实际生产的热处理制度 板带厂热处理制度 1、大气退火 为了继续冷轧或成品以软状态交货，需进行半成品或成品退火。大气退火在1310kW辊底式电阻炉（H030

15、1）、280kW箱式电阻炉(H0303)、天然气炉（H0317、H0318）内进行。或546kW辊底式炉(H0302)内进行。实际生产的热处理制度大气退火制度按表1及表1-1进行实际生产的热处理制度实际生产的热处理制度表注：1）钛合金退火温度，根据成分变化可在规定范围内调整，生产时的具体温度见所附工艺卡片。2）当退火在辊道炉内进行时，大于30mm厚度热成品板退火保温时间为70120分钟。3) 表中所指的时间均指保温时间。料入炉后，当炉温恢复到保温温度时，开始计保温时间。4) 允许的温度差为规定温度的14。5）对于两片叠轧板材的消应力退火制度为：65020/1015min，两组一垛。6）在天然气

16、炉中进行半成品退火时温度可适当提高20。实际生产的热处理制度 大气退火工艺要求1冷轧板退火前必须脱油，入炉时不得有水痕、油污、砂粒及其他粘结脏物。2在1310kW辊道炉内可进行矫形退火，加热温度不变，加热时间为90min。但矫形退火时必须加垫盖板，料加垫盖板的总厚度不得大于60mm。3加盖板进行热矫形退火，当退火温度高于800时板材应事先在相应退火温度下单片氧化23min，然后成垛矫形退火，以防板材粘结。实际生产的热处理制度4 退火板材厚度0.8mm和合金成品板材退火厚度3.0mm需加垫板。垫、盖板材质为不锈钢或钛板，厚度为1020mm,长、宽大于退火板材的相应尺寸，垫盖板必须平直。5 冷轧后

17、成品板材(半成品除外)，裂边严重者(特别是合金)应切去裂边后方可脱油、退火。6 除TC1、TC2、TA9、TA10外，其余合金的半成品均采用单片退火。厚度1.0mm的板材单片退火时，为防止卷料，可采用厚度合适的板材引头，板与板之间头尾搭接进行退火。7 装炉前要检查炉温是否均匀，若发现炉内发热体断电或其它原因造成炉温不均时，要报告有关人员，处理好后方可装炉退火或让开温度不足端区域进行退火。实际生产的热处理制度8 装炉时，每垛料之间的距离应大于1m,头尾各垛与炉门之间的距离为2m加摆动的距离。9 厚度1.0mm成品板材以及加有垫、盖板进行矫形退火的板材，经退火出炉后，一定要在辊道上缓冷半小时以上，

18、搬运中不会影响板形和造成勒边、折痕等时，再从辊道上吊下，并打开盖板，冷至100以下可一张张拿下，严防折印、夹痕、划伤等。成品板材退火出炉后，必须在辊道上来回摆动一段时间，以防止冷却过快板形瓢曲。10 装炉时要轻拿轻放，防止碰折，划伤。出炉后的板材必须按品种、牌号、顺号等分类堆放，并在每堆料上写顺号。实际生产的热处理制度 真空退火实际生产的热处理制度 对TC4薄板当成品“H”超标时，可在7米真空退火炉进行除氢处理。对TC1、TC2板材，当成品硬度超标而板厚不允许扒道时，可在7米真空退火炉进行成品热处理。具体制度见表2实际生产的热处理制度 淬火 为了消除加工中的异常组织，两相合金（要求深冲成型的T

19、C2板材可不进行淬火处理）在定尺中断后须进行淬火处理。淬火可在1310kW辊底式电阻炉和天然气炉（H0318）内进行。淬火制度见表3。实际生产的热处理制度实际生产的热处理制度 淬火工艺要求1 淬火时，必须明确被淬火材料的牌号、规格和淬火制度，做到票料相符，方装炉加热。2 淬火时一律要在炉前装料，单向运转。两块板之间的距离不小于1m。3 到保温时间后，板材从炉尾运出淬火。板材出炉前，须在离炉门300mm以上时，用钳子夹住板材，快速拉入水箱内。4 淬火时的转移时间，不大于2秒，在水中停留一分钟左右拿出，等待下一张板材淬火。淬火介质（水）应始终保持流动，其温度不得高于60。5 经淬火后的板材，应按顺

20、号、牌号、整齐堆放，不得混号，混料。实际生产的热处理制度 脱脂 经冷轧后的板材，在退火或出厂之前需进行脱脂。实际生产的热处理制度 脱脂工艺要求1 冷轧后的成品板材，边裂严重者，需切边后方可进行脱脂。2 脱脂操作顺序如下：装框脱脂第一热水槽第二热水槽烘干卸料3 为确保脱脂效果，装料时，板与板之间应用钛制夹子分开5mm以上的间距。4 装卸料时要轻拿轻放，严防表面划伤，折印和边部碰勒、卷料等缺陷的产生。5 脱脂过程中为提高脱脂效果，须用高压风对清洁液进行搅拌。脱脂后的板材不得用手或浸过油的手套接触板材表面实际生产的热处理制度6 脱脂槽每生产三个月须更换一次溶液，并彻底清洗槽底。平常的生产过程中也应根

21、据实际脱脂情况，对脱脂剂进行补充，使之保持规定的配比和脱脂效果。7 热水槽的清洗和热水的更换要每周进行一次，并选在每星期五的中班进行。8 料进入脱脂槽前应将槽内浮油清除干净。板材烘干后不应有水痕、油污、脏物等。9 当板材长度过长无法进脱脂槽时，应用拖布或抹布擦干净板材表面油污。实际生产的热处理制度 矫形退火、热矫平及真空蠕变冷轧后的成品板材，预计使用其他设备无法进行矫平或板形难于满足要求时，可采用矫形退火；经退火矫直后的板材，板形仍不合要求，可进行热矫平，矫形退火在280kW箱式电阻炉、205kW电阻炉或真空蠕变矫形炉内进行。热矫平在6#、7#、8#、9#、10#电阻炉和真空蠕变矫形炉内进行；

22、热成品可进行真空蠕变炉、300KW、346KW、600KW电阻炉退火。实际生产的热处理制度 矫形退火及热矫平工艺流程 矫形退火工艺流程1 冷轧脱油予切定尺矫形退火碱酸洗取样检查包入2 热矫平工艺流程 冷轧脱油退火碱酸洗予切定尺热矫平碱酸洗取样检查包入实际生产的热处理制度 矫形退火及热矫平制度见表5实际生产的热处理制度 矫形退火工艺要求1 装炉时必须采用垫盖板，垫盖板材质为不锈钢或钛板；垫板厚度为1520mm，盖板厚度为1020mm；垫、盖板的长、宽尺寸大于成品板的相应尺寸，其板形应平直。2 装炉时每片板材必须擦干净，表面不得有细微砂粒，尘埃及其它粘结物。如表面有压坑、突包等缺陷者，应放在垛的最

23、上层。3 每炉料必须是同一制度处理的板材。板材之间的长、宽尺寸偏差不大于20mm。实际生产的热处理制度4 纯钛、TA9、TA10装料厚度不得大于30mm,合金装料厚度不得大于20mm。经退火出炉后，一定要冷却半小时以上再打开盖板，冷至100以下，可一张张拿下，严防折印、夹痕、划伤等。5 在280kW箱式电阻炉进行矫形退火时，先将炉温升至高于处理温度50100，保温30分钟后降至处理温度，待炉温稳定后再装炉。6 装炉时炉温必须均匀一致，炉膛前后温差不大于20。实际生产的热处理制度 热矫平工艺要求1 装炉时必须采用盖垫板，盖垫板材质为普碳钢或低合金钢；垫板厚度为80150mm，盖板厚度为60100

24、mm，垫、盖板长宽尺寸大于成品板的相应尺寸，其板形应平直。2 装炉时每片板材必须擦干净，表面不得有细微砂粒、尘埃及其它粘结物。如表面有压坑、突包等缺陷者，应放在垛的最上层。3 纯钛、TA9、TA10装料厚度不得大于150mm,合金装料厚度不得大于60mm。4 料装入炉内盖上炉盖后，送电随炉升温，升到所设定的热处理温度后开始记保温时间；保温完了停电随炉降温，当炉冷到400以下吊下炉盖，再冷却到100以下出炉卸料，卸料时轻拿轻放，严防折印、夹痕、划伤等。5 确定热矫平保温时间应考虑垫、盖板厚度及装料厚度，具体工艺参数见工艺卡片。实际生产的热处理制度 真空蠕变炉进炉操作步骤 清理板面及炉膛，装炉前必

25、须先清理炉膛，用吸尘器将炉膛边周沙砾清理干净，以免压入板面造成压坑。 板材装炉前必须有专人检查表面是否清洁，如发现沙砾油泥金属等异物及残留缺陷时，必须用布或酒精将其擦拭干净，有残留缺陷时，应及时处理后，方可继续装炉。实际生产的热处理制度 装炉1 装料前，须在炉底的相应位置加放垫板，垫板底面应刷氮化硼涂层，垫板材料选择应为钛及钛合金板材，其厚度2mm，长宽尺寸应比所进板料大一些，当垫板长度不够时，须进行拼接时，两张垫板应选用同一厚度钛及钛合金板材作为垫板，其周边应无毛刺，板面应无凸起物，以免造成压痕2 装炉过程中应逐片数片数，并将所装片数记录在原始记录和生产传票上，当发现片数与生产传票中的来料不

26、符时，应在记录及传票上注明，并及时向生产调度和技术员反映实际生产的热处理制度4 在装炉过程中，应保证同一垛料的宽度，长度相同，摆放时四边对齐，避免互相错动，以免造成压折。装炉时每垛料总厚度应100mm，每垛料尽量厚度一致，当厚度差异较大时，应适当拉开距离。5 当每垛料的边部（头部）与炉壁间距400mm时，应加上垫块，垫块的厚度应小于装炉理论厚度20mm左右 。6 整个装炉过程中，严禁物料撞击陶瓷平台，以防止陶瓷平台的损坏。实际生产的热处理制度 封炉1 封炉时应用无裂口废钛板或纯铁板盖严四周及板面，避免踬石掉入，盖板放置时应相互交错，严禁露出所装成品板料2 踬石的放置，用天车将踬石袋吊上炉膛，然后铺开，铺时要严密一致，厚度均一，铺好后，把空踬石袋，放入指定位置。以备出炉时用。3 石棉的放置方法，应单层或双层均匀铺在踬石上边，石棉毡上面铺一层石棉网，石棉网上面不应有踬石或任何杂物，以防止损伤塑料布，最后将其盖上塑料布。4 抽真空，真空度应3.36 x 104Pa，如发现有漏气处，应用石棉将漏气处堵住。实际生产的热处理制度 出炉1 掀开塑料布及石棉，放在规定位置，严禁乱扔，乱放。2 清理踬石时，应先将其装入指定