鈦合金應用情況

鈦合金作為一種重要結構金屬，具有密度低、比強度高、耐腐蝕、耐高溫、無磁、耐海水和海洋大氣腐蝕等優良綜合性能，被廣泛應用在航空、航天、艦船、兵器、核、化工、海水淡化、醫療器械、環境保護等領域，對于裝備輕量化，提升裝備服役性能具有重要意義，是國防強國的重要戰略材料之一。

鈦合金的類型與性能有較好的對應關系，如圖1所示。例如，α鈦合金具有較高的耐熱性和可焊性，而β鈦合金具有較高的室溫強度和冷成形性，α+β兩相鈦合金則具有較好的綜合性能。

圖1 各類鈦合金的主要特征

鈦合金熱處理

熱處理是鈦及鈦合金加工過程中優化組織和性能的重要環節。選擇適宜的鈦及鈦合金熱處理標準及工藝，是鈦及鈦合金產品獲得滿足使用用途的組織和性能最佳匹配關系的重要條件。

圖2 鈦合金熱處理工藝

目前工業上常用的熱處理工藝如下：

· 普通退火：在合金β轉變溫度以下20℃～250℃的溫度下加熱后空冷或更慢冷。

· 完全退火：在高于再結晶溫度但低于β轉變溫度下加熱、保溫，然后空冷或爐冷的熱處理。

· 雙重退火：在完全退火后，空冷至合金β轉變溫度以下250℃～450℃的溫度下加熱后空冷。

· 等溫退火：在合金的β轉變溫度以下20℃～160℃的溫度下加熱、保溫，隨后轉移到β轉變溫度以下350℃～450℃的爐中或隨爐冷卻至此溫度保溫后空冷或爐冷。

· β退火：在合金的β轉變溫度以上適當的溫度進行退火。

· 消除應力退火：使產品殘余應力減少又不引起組織再結晶的熱處理。

· 固溶處理：將合金加熱到適當溫度，并在這一溫度保持足夠時間使可溶組分完全溶入固溶體，在淬火以后能保持一種不穩定狀態的熱處理。

· 時效處理：經固溶處理后在適當溫度保持足夠時間，使其從不穩定固溶體中析出第二相而引起強化的熱處理。也可使合金中的金屬間化合物析出達到高強化。

· 熱等靜壓處理：在密封容器中，通過高溫和高壓（氬氣介質）的同時作用，使鈦及鈦合金經受高溫和各向均等的靜壓應力工藝過程，以減少或去除鈦及鈦合金的內部氣孔、疏松等缺陷。

鈦合金熱處理標準現狀

1、國內鈦合金熱處理標準現狀

我國鈦及鈦合金熱處理專用標準包含1項國家標準、1項國家軍用標準和3項行業標準，標準中包含的材料牌號、品種、熱處理方式見表1。標準中規定了部分常用鈦合金牌號的熱處理制度、設備、工藝與質量控制等相關要求。

表1 國內鈦及鈦合金熱處理標準

2、國外鈦合金熱處理標準現狀

美國

美國鈦及鈦合金熱處理行業級以上標準有AMS 2801B-2014《Heat Treatment of Titanium Alloy Parts》和AMS-H-81200D-2014《Heat Treatment of Titanium and Titanium Alloys》，涉及主要牌號、品種及熱處理方式見表2。標準中除相關熱處理制度規定外，還對熱電偶、爐溫均勻性控制要求、熱處理介質、輔助裝置、淬火槽、熱處理步驟、熱處理后的材料測試步驟做出了規定。

表2 國外鈦及鈦合金熱處理標準

俄羅斯

俄羅斯關于鈦合金通用熱處理標準主要為ПИ1.2.139-80《變形鈦合金零件和組裝單元的真空熱處理》和No.685-76《變形鈦合金半成品和零件的熱處理》。主要針對俄羅斯常用的ОТ4、ОТ4-0、ОТ4-1、ПТ-7М、ВТ3-1、ВТ6С、ВТ14、ВТ16、ВТ20等變形鈦合金零件和半成品，規定了真空熱處理制度、質量檢驗、設備、熱處理前零件和工裝的準備等技術要求。采用的真空熱處理方式有除氫退火、不完全退火、完全退火、雙重退火、等溫退火、淬火加時效、時效。

存在問題

隨著鈦合金在航空、航天、船舶、兵器等領域的應用越來越廣泛且對其性能和質量穩定性要求越來越嚴格，鈦合金熱處理已作為產品質量控制的重點。由于中國的鈦工業進程起步較晚，標準體系還不夠健全，鈦及鈦合金熱處理標準存在以下問題：

1）國內現有鈦及鈦合金熱處理專用標準未能覆蓋各領域通用的鈦合金牌號，標準更新速度慢，已無法滿足武器裝備應用要求。如TA31鈦合金，由于其高強韌、耐腐蝕、耐沖擊、強可焊性的特點，在船舶、兵器等領域已得到廣泛的應用，但在鈦及鈦合金熱處理標準中未對TA31鈦合金的熱處理制度進行規定。

2）鈦及鈦合金熱處理標準對工藝及質量要求不全面，工藝控制、工藝文件、數據記錄、偏離項控制、特殊過程要求是鈦合金熱處理質量控制的重要環節，但在鈦及鈦合金熱處理標準中未能系統地給出相關要求。如GJB 3763-1999標準中分別在要求、質量保證規定章節對表面污染、真空除氫、記錄及不合格品處理提出了要求，對重復熱處理次數、人員資質、特殊過程等要求沒有給出相關規定。

建議

鈦合金熱處理標準是鈦合金生產工藝的重要技術文件，是實現熱處理生產全面管理的有效措施。鈦合金實際生產中主要以材料規范中的推薦熱處理制度為主要參考，輔助以鈦合金熱處理專用標準及基礎標準規定其工藝及質量要求等。鈦合金熱處理標準需要在完善標準技術要求的同時，加強標準管理及貫徹實施工作，具體建議如下：

1）及時對標準技術內容進行修訂，結合市場需求納入各領域廣泛使用的通用牌號，同時對熱處理設備、檢驗、質量控制及技術安全等相關要求進行優化。

2）加強鈦合金熱處理相關專用標準及基礎標準的貫徹實施工作，標準的制修訂工作后應在實施人員及質量人員中做好標準的宣講工作，將標準的技術內容貫徹到鈦合金熱處理工藝中，與相關材料規范配合使用，穩定材料生產。