鈦合金應用情況

鈦合金作為一種重要結構金（jīn）屬，具有密度低、比強度高、耐腐蝕、耐高（gāo）溫、無磁、耐海水（shuǐ）和海洋大（dà）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，對於裝（zhuāng）備輕量化，提升裝備服役（yì）性能具有重（chóng）要意義，是國防強國的重要戰略材料之（zhī）一。

鈦合金的類型（xíng）與性能有較好（hǎo）的對應關係，如圖1所示（shì）。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（hé）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（de）重要環節。選擇適宜的（de）鈦及鈦（tài）合金熱處（chù）理標準及工藝，是（shì）鈦（tài）及鈦合金產品獲得滿足使用（yòng）用途的組織和性能最佳匹配關係的重要條件。

圖2 鈦合金熱處（chù）理工藝

目前（qián）工業上常用的熱處理工藝如下：

· 普通退火（huǒ）：在合金β轉變溫度以下20℃～250℃的溫度下加熱後空冷或更慢冷。

· 完全退火：在（zài）高於再（zài）結晶溫度但低於β轉變溫度（dù）下加熱、保溫，然後空（kōng）冷或爐冷的熱處理。

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

· 等溫退火：在合（hé）金的β轉變溫度以下20℃～160℃的（de）溫度下加（jiā）熱、保溫，隨後轉（zhuǎn）移到β轉變溫度以下350℃～450℃的爐中或（huò）隨爐冷卻至此溫（wēn）度保溫後空冷或爐冷。

· 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（tuì）火：使產品（pǐn）殘餘應力減少又不引起組織再結晶（jīng）的熱處理。

· 固溶處理：將合金加熱到適當溫度，並在這一溫度保持足（zú）夠時間使可溶（róng）組分完全（quán）溶入固（gù）溶體，在淬火（huǒ）以後能保持一種不穩（wěn）定（dìng）狀（zhuàng）態的熱處理。

· 時效處理：經固溶（róng）處理後在（zài）適當溫（wēn）度保持（chí）足夠時間，使（shǐ）其從不穩定固溶體中析出第（dì）二相而引起（qǐ）強（qiáng）化的熱處理（lǐ）。也可使合金中的金屬間化合（hé）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（gāo）壓（氬氣介質（zhì））的同時作用，使鈦及鈦合（hé）金經受高溫和（hé）各向均等的靜（jìng）壓應力工藝過程，以減少或去除鈦及鈦合金（jīn）的內部氣孔、疏鬆等缺陷。

鈦（tài）合金（jīn）熱處理標準現狀

1、國內鈦合金（jīn）熱處理標準現狀

我國鈦及鈦合金熱處理專用標準（zhǔn）包含1項國家標準、1項國家軍用標準和3項行業標（biāo）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（le）部分常用鈦合金牌號的熱處理製（zhì）度、設備、工藝與質量控製（zhì）等相關要求。

表1 國內鈦及鈦合金熱處理標準（zhǔn）

2、國外（wài）鈦合（hé）金熱（rè）處理標準現狀

美國

美國鈦（tài）及鈦合金熱處理行業（yè）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（jí）熱處理方式見表2。標準（zhǔn）中除相關熱處（chù）理製（zhì）度規定外，還對熱電偶、爐溫均勻性控（kòng）製要求、熱處理介質、輔助裝置（zhì）、淬火槽、熱處理步驟（zhòu）、熱（rè）處理後的材料測試步驟做（zuò）出了規定。

表2 國外鈦及鈦合金熱（rè）處理標準

俄羅斯

俄羅斯關於鈦合金通（tōng）用熱處理（lǐ）標準主要為ПИ1.2.139-80《變（biàn）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（de）熱處理（lǐ）》。主要針對俄羅斯（sī）常用（yòng）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（kōng）熱處理（lǐ）製度、質量檢驗、設備、熱處理（lǐ）前（qián）零件和工裝的準備（bèi）等技術要求。采用的真空熱處理方式有（yǒu）除氫退火、不完全退火、完全退火（huǒ）、雙重退火、等溫退火、淬火（huǒ）加時效（xiào）、時效（xiào）。

存在問題

隨著鈦合金在航空、航天（tiān）、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製的重點。由於中國的鈦工業進程起步較晚，標準（zhǔn）體（tǐ）係還不夠健全，鈦及鈦合金熱處理標準（zhǔn）存在以下問題：

1）國內現有鈦及鈦合金熱處理（lǐ）專用標準未能覆蓋各領域通用（yòng）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，由於其高強韌、耐腐蝕、耐衝擊、強可焊（hàn）性的特點，在船（chuán）舶、兵器等領域已得到廣泛的應用，但在鈦及鈦（tài）合金熱處理標準中未對TA31鈦合金的熱處理製度進行規定。

2）鈦及鈦合金（jīn）熱處理標準對工藝及（jí）質（zhì）量要求不（bú）全麵，工藝控製、工藝（yì）文件、數據記錄、偏離項控製、特殊過程要求是鈦合金熱處理質量控製的重要環節，但在鈦（tài）及鈦合金熱處理標準中未能係（xì）統地給出相（xiàng）關要求。如（rú）GJB 3763-1999標準中分別在要求（qiú）、質量保（bǎo）證規（guī）定章（zhāng）節對表麵汙（wū）染、真空除氫、記錄及不（bú）合格品處理（lǐ）提出了（le）要求，對重複熱處（chù）理次數、人（rén）員資質、特殊過程等要求沒有給出相關規定。

建議（yì）

鈦合（hé）金熱處理（lǐ）標準是鈦合金生產工藝的重要技術文件，是實現熱（rè）處理生（shēng）產全麵管理的有效措施。鈦合金實際生（shēng）產中主要以材料規範中的（de）推薦熱處理製度為（wéi）主要（yào）參考，輔助以鈦合（hé）金熱處理專用標準及（jí）基礎標準規定其工藝及（jí）質量要求等。鈦合金熱處理標準需要在完善標準（zhǔn）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（xiū）訂，結合市（shì）場需求納入各領域廣泛使用的通（tōng）用牌號（hào），同（tóng）時對（duì）熱處理設備、檢驗、質量控製及技術安全等相關（guān）要（yào）求（qiú）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（shī）工作（zuò），標準的製修訂工作後應在實施人員及質量人員中做好標準的宣講（jiǎng）工作，將標準的技術內容貫徹到鈦合金熱（rè）處理工藝中，與相關材料規範配合使用，穩定（dìng）材（cái）料生產。