钛锻件的淬火和时效工艺概述

在600 C 左右进行热处理并迅速淬火来增加TiAl3 合金的强度，强化的主要机制是时效増强。时效增强的特点是淬火温度越高，増强的效果就越好，但由于此合金的复合材料包含碳纤维，当温度超过某个临界温度（约700C)时，就会在介面形成金属碳化物，这使得碳纤维的增强效果大大减弱，所以最佳的淬火温度应在600 C 左右，且淬火的时间不宜太长或太短。太短组分不够均匀，空穴浓度不够高，硬化微区的浓度不够高。太长也会在介面形成金属碳化物，所以最佳的淬火时间应该是2小时左右。

钛锻件热处理中的淬火、时效工艺介绍如下：

1、淬火

淬火是时效处理前的预备工序，其目的是通过淬火获得某种不稳定组织，这种不稳定组织在随后时效过程中发生分解或析出，形成沉淀硬化，以提高合金的强度。

钛合金淬火应分为无相变淬火和相变淬火两种类型。

无相变淬火过程实质是把金属在较高温度下固有的状态保持到低温，并由此形成过饱和固溶体。钛合金的无相变淬火既可由β区进行(β合金)，也可由(α+β)区进行。

钛合金的相变淬火或马氏体淬火同样可由β区或(α+β)区进行，主要特点是可使钛合金发生马氏体转变并形成α′和α″。

淬火后的室温组织形态主要取决淬火加热温度和冷却温度。(α+β)合金在(α+β)区上部加热淬火时，得到了马氏体相，而从(α+β)区下部淬火则得到不稳定β相。

对于β型合金情况稍有不同，为了经过淬火处理后获得单一介稳β相组织，以改善合金的工艺塑性，合金的加热温度高于临界点TB。另外，为保证时效后达到更高的强度也需采用高温淬火。再考虑到β型合金合金化程度高，临界点低(如TB1及TB2合金的TB=750℃，而(α+β)型的TC4合金TB则高达980～1000℃)，因此，在稍高于临界点的β区加热后并不致于导致严重的脆性。鉴于上述原因，国产β型合金TB1及TB2均在高于TB温度下淬火处理。

(α+β)型合金淬透性差，如TC4为25mm，TC6为40mm，故只适合小尺寸零件。β型合金TB1及TB2的淬透性较高，可达150～200mm，一般尺寸的零件在空冷的条件也可获得单相β组织。

2、时效

对于(α+β)型及近β型钛合金，其平衡条件下的组织为α+β。不同的合金其差异仅在于α和β两相所占的比例，而这个比例是随时效加热温度不同和加热保温时间长短有所变化。例如经热处理强化的BT3-1合金中β相的含量为19%，经过长时(15000h以上)加热后，β相的含量为8%。

淬火形成的介稳定相，无论是马氏体α′，α″或ω相及介稳β相，在时效过程中均发生分解或析出，最终产物皆为(α+β)相，只不过是转变机制和程度不同而已。

为了使(α+β)钛合金在淬火、时效后具有满意的综合性能(在强度与塑性两方面)，合金在强化处理前，最好具有等轴的或网篮状的组织。1～6级原始显微组织能够保证得到满意的性能，7～9级原始针状组织，存在初生β相界，强化热处理后会降低塑性。所以(α+β)型合金淬火加热温度不应超过同构异素转变点TB。淬火前的加热时间因锻件的截面厚度而异，一般为10～60min。

相关链接