鈦合金的相變是鈦合金熱處理的基礎(chǔ)，為了改善鈦合金的性能，除采用合理的合金化外，還要配合適當(dāng)?shù)臒崽幚聿拍軐?shí)現(xiàn)。鈦合金的熱處理種類較多，常用的有退火處理、時(shí)效處理、形變熱處理和化學(xué)熱處理等。

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退火處理

退火適用于各種鈦合金，其主要目的是消除應(yīng)力，提高合金塑性及穩(wěn)定組織。退火的形式包括去應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火、雙重退火、等溫退火和真空退火等，鈦合金各種方式退火溫度范圍如圖1所示。

（1）去應(yīng)力退火。為了消除鑄造、冷變形及焊接等工藝過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，可采用去應(yīng)力退火。去應(yīng)力退火的溫度應(yīng)低于再結(jié)晶溫度，一般為450~650℃，所需的時(shí)間取決于工件的截面尺寸、加工歷史及所需消除應(yīng)力的程度。

（2）普通退火。其目的是使鈦合金半成品消除基本應(yīng)力，并具有較高的強(qiáng)度和符合技術(shù)條件要求的塑性。退火溫度一般與再結(jié)晶開(kāi)始溫度相當(dāng)或略低，此種退火工藝一般冶金產(chǎn)品出廠時(shí)使用，所以又可以稱為工廠退火。

（3）完全退火。目的是完全消除加工硬化，穩(wěn)定組織和提高塑性。這一過(guò)程主要發(fā)生再結(jié)晶，故亦稱再結(jié)晶退火。退火溫度最好介于再結(jié)晶溫度和相變溫度之間，如果超過(guò)了相變溫度會(huì)形成魏氏組織而使合金的性能惡化。對(duì)于各種不同種類的鈦合金，退火的類型、溫度和冷卻方式均不同。

（4）雙重退火。為了改善合金的塑性、斷裂韌性和穩(wěn)定組織可采用雙重退火。退火后的合金組織更加均勻和接近平衡狀態(tài)。耐熱鈦合金為了保證在高溫及長(zhǎng)期應(yīng)力作用下組織和性能的穩(wěn)定，常采用此類退火。雙重退火是對(duì)合金進(jìn)行兩次加熱和空冷。第一次高溫退火加熱溫度高于或接近再結(jié)晶終了溫度，使再結(jié)晶充分進(jìn)行，又不使晶粒明顯長(zhǎng)大，并控制ap相的體積分?jǐn)?shù)。空冷后組織還不夠穩(wěn)定，需進(jìn)行第二次低溫退火，退火溫度低于再結(jié)晶溫度，保溫較長(zhǎng)時(shí)間，使高溫退火得到的亞穩(wěn)β相充分分解。

（5）等溫退火。等溫退火可獲得最好的塑性和熱穩(wěn)定性。此種退火適用于β穩(wěn)定元素含量較高的雙相鈦合金。等溫退火采用分級(jí)冷卻的方式，即加熱至再結(jié)晶溫度以上保溫后，立即轉(zhuǎn)入另一較低溫度的爐中（一般600~650℃）保溫，而后空冷至室溫。

02

淬火處理

淬火時(shí)效是鈦合金熱處理強(qiáng)化的主要方式，利用相變產(chǎn)生強(qiáng)化效果，故又稱強(qiáng)化熱處理。鈦合金熱處理的強(qiáng)化效果決定于合金元素的性質(zhì)、濃度及熱處理規(guī)范，因?yàn)檫@些因素影響合金淬火所得的亞穩(wěn)定相的類型、成分、數(shù)量和分布，以及亞穩(wěn)定相分解過(guò)程中析出相的本質(zhì)、結(jié)構(gòu)、彌散程度等，而這些又與合金的成分、熱處理工藝規(guī)范和原始組織有關(guān)。

對(duì)于成分一定的合金，時(shí)效強(qiáng)化效果取決于所選的熱處理工藝。淬火溫度越高，時(shí)效強(qiáng)化效果越明顯，但高于β轉(zhuǎn)變溫度淬火，由于晶粒過(guò)分粗大而導(dǎo)致脆性。對(duì)于濃度較低的兩相鈦合金可采用較高溫度淬火，以獲得更多的馬氏體，而濃度較高的兩相鈦合金則選用較低溫度淬火，以得到較多的亞穩(wěn)β相，這樣可以獲得最大的時(shí)效強(qiáng)化效果。冷卻方式一般選用水冷或者油冷，淬火的過(guò)程要迅速，以防止β相在轉(zhuǎn)移過(guò)程中發(fā)生分解，降低時(shí)效強(qiáng)化效果。時(shí)效溫度和時(shí)間的選擇應(yīng)以獲得最好的綜合性能為準(zhǔn)則，一般α+β型鈦合金時(shí)效溫度為500~600℃，時(shí)間4~12h；而β型鈦合金的時(shí)效溫度為450~550℃，時(shí)間8~24h，冷卻方式均采用空冷。

03

形變熱處理

形變熱處理是將壓力加工（鍛、軋等）與熱處理工藝有效地結(jié)合起來(lái)，可同時(shí)發(fā)揮形變強(qiáng)化與熱處理強(qiáng)化的作用，得到與單一的強(qiáng)化方法所不能獲得的組織與綜合性能。常見(jiàn)的形變熱處理工藝如圖2所示。不同類型的形變熱處理按照變形溫度與再結(jié)晶溫度和相轉(zhuǎn)變溫度的關(guān)系進(jìn)行分類，按變形溫度分為:

(a)高溫形變熱處理；(b)低溫形變熱處理

1-加熱；2-水冷；3-時(shí)效；4-高或低溫變形；tβ-β相變點(diǎn)；t再-再結(jié)晶溫度

（1）高溫形變熱處理。加熱到再結(jié)晶溫度以上，變形40%~85%后迅速淬火，再進(jìn)行常規(guī)的時(shí)效熱處理。

（2）低溫形變熱處理。在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行變形50%左右，隨后再進(jìn)行常規(guī)的時(shí)效處理。

（3）復(fù)合形變熱處理。將高溫形變熱處理和低溫形變熱處理結(jié)合起來(lái)的一種工藝。

04

化學(xué)熱處理

鈦合金的摩擦系數(shù)較大，耐磨性差(一般比鋼約低40%)，在接觸表面上容易

產(chǎn)生黏結(jié)，引起摩擦腐蝕。在氧化介質(zhì)中鈦合金的耐腐蝕性較強(qiáng)，但在還原介質(zhì)(鹽酸、硫酸等)中的抗腐蝕性較差。為了改善這些性能，可采用電鍍、噴涂和化學(xué)熱處理(滲氮、滲氧等)等方法。滲氮后的氮化層硬度比未氮化時(shí)表層高2~4倍，因而明顯提高合金的耐磨性，同時(shí)還改善合金在還原性介質(zhì)中的抗蝕性；滲氧可將合金耐蝕性提高7~9倍，但合金的塑性和疲勞強(qiáng)度會(huì)有不同程度的損失。