鈦合金3d列印的退火溫度是多少

1. 鈦合金的熱處理工藝是什麼

常用的熱處理方法有退火、固溶和時效處理。退火是為了消除內應力、提高塑性和組織穩定性，以獲得較好的綜合性能。通常α合金和（α+β）合金退火溫度選在（α+β）─→β相轉變點以下120～200℃；固溶和時效處理是從高溫區快冷,以得到馬氏體α′相和亞穩定的β相,然後在中溫區保溫使這些亞穩定相分解，得到α相或化合物等細小彌散的第二相質點，達到使合金強化的目的。通常(α+β)合金的淬火在(α+β)─→β相轉變點以下40～100℃進行，亞穩定β合金淬火在(α+β)─→β相轉變點以上40～80℃進行。時效處理溫度一般為450～550℃。
總結，鈦合金的熱處理工藝可以歸納為：
（1）消除應力退火：目的是為消除或減少加工過程中產生的殘余應力。防止在一些腐蝕環境中的化學侵蝕和減少變形。
（2）完全退火：目的是為了獲得好的韌性，改善加工性能，有利於再加工以及提高尺寸和組織的穩定性。
（3）固溶處理和時效：目的是為了提高其強度，α鈦合金和穩定的β鈦合金不能進行強化熱處理，在生產中只進行退火。α+β鈦合金和含有少量α相的亞穩β鈦合金可以通過固溶處理和時效使合金進一步強化。
此外，為了滿足工件的特殊要求，工業上還採用雙重退火、等溫退火、β熱處理、形變熱處理等金屬熱處理工藝。

2. 鈦合金（TA、TC、TB）闡述熱處理工藝

鈦的熱處理方法
一.鈦的基本熱處理:
工業純鈦是單相α 型組織，雖然在890℃以上有α-β 的多型體轉變，但由於
相變特點決定了它的強化效應比較弱，所以不能用調質等熱處理提高工業純鈦的
機械強度。工業純鈦唯一的熱處理就是退火。它的主要退火方法有三種：1 再結
晶退火 2 消應力退火 3 真空退火。前兩種的目的都是消除應力和加工硬化效應，
以恢復塑性和成型能力。
工業純鈦在材料生產過程中加工硬度效應很大。圖2-26 所示為經不同冷加
工後，TA2 屈服強度的升高，因此在鈦材生產過程中，經冷、熱加工後，為了恢
復塑性，得到穩定的細晶粒組織和均勻的機械性能，應進行再結晶退火。工業純
鈦的再結晶溫度為550-650℃，因此再結晶退火溫度應高於再結晶溫度，但低於
α-β 相的轉變溫度。在650-700℃退火可獲得最高的綜合機械性能（因高於700℃
的退火將引起晶粒粗大，導致機械性能下降）。退火材料的冷加工硬化一般經
10-20 分鍾退火就能消除。這種熱處理一般在鈦材生產單位進行。為了減少高溫
熱處理的氣體污染並進一步脫除鈦材在熱加工過程中所吸收的氫氣，目前一般鈦
材生產廠家都要求真空氣氛下的退火處理。
為了消除鈦材在加工過程（如焊接、爆炸復合、製造過程中的輕度冷變形）
中的殘余應力，應進行消應力熱處理。
消應力退火一般不需要在真空或氬氣氣氛中進行，只要保持爐內氣氛為微氧
化性即可。
二.鈦及鈦合金的熱處理:
為了便於進行機械工業加並得到具有一定性能的鈦和鈦合金，以滿足各種
產品對材料性能的要求，需要對鈦及鈦合金進行熱處理。
1．工業純鈦（TA1、TA2、TA3）的熱處理
α-鈦合金從高溫冷卻到室溫時，金相組織幾乎全是α 相，不能起強化作用，
因此，目前對α-鈦只需要進行消應力退火、再結晶退火和真空退火處理。前
兩種是在微氧化爐中進行，而後者則應在真空爐中進行。
（一）消應力退火
為了消除鈦和鈦合金在熔鑄、冷加工、機械加工及焊接等工藝過程中所產生
的內應力，以便於以後加工，並避免在使用過程中由於內應力存在而引起開裂破
壞，對α-鈦應進行消除應力退火處理。消除應力退火溫度不能過高、過低，因為
過高引起晶粒粗化，產生不必要的相變而影響機械性能，過低又會使應力得不到
消除，所以，一般是選在再結晶溫度以下。對於工業純鈦來說，消除應力退火的
加熱溫度為500-600℃。加熱時間應根據工件的厚度及保溫時間來確定。為了提
高經濟效果並防止不必要的氧化，應選擇能消除大部分內應力的最短時間。工業
純鈦消除應力退火的保溫時間為15-60 分鍾，冷卻方式一般採用空冷。
（二）再結晶退火（完全退火）
α-鈦大部分在退火狀態下使用，退火可降低強度、提高塑性，得到較好的綜
合性能。為了盡可能減少在熱處理過程中氣體對鈦材表面污染，熱處理溫度盡可
能選得低些。工業純鈦的退火溫度高於再結晶溫度，但低於α 向β 相轉變的溫度
120-200℃，這時所得到的是細晶粒組織。加熱時間視工件厚度而定，冷卻方式
一般採用空冷。對於工業純鈦來說，再結晶退火的加熱溫度為680-700℃，保溫
時間為30-120 分鍾。規范的選取要根據實際情況來定，通常加熱溫度高時，保
溫時間要短些。
需要指出的是，退火溫度高於700℃時，而且保溫時間長時，將引起晶粒粗
化，導致機械性能下降，同時，晶粒一旦粗化，用現有的任何熱處理方法都難以
使之細化。為了避免晶粒粗化，可採取下列兩種措施：
1）盡可能將退火溫度選在700℃以下。
2） 退火溫度如果在700℃以上時，保溫時間盡可能短些，但在一般情況下，
每mm 厚度不得少於3 分鍾，對於所有工件來講，不能小於15 分鍾。
（三）真空退火
鈦中的氫雖無強化作用，但危害性很大，能引起氫脆。氫在α-鈦中的溶解
度很小，主要呈TiH2 化合物狀態存在，而TiH2 只在300℃以下才穩定。如將α-
鈦在真空中進行加熱，就能將氫降低至0.1%以下。當鈦中含氫量過多時需要除
氫，為了除氫或防止氧化，必須進行真空退火。真空退火的加熱溫度與保溫時間，
與再結晶退火基本相同。冷卻方式為在爐中緩冷卻到適當的溫度，然後才能開爐，
真空度不能低於5×10-4mmHg。
二．TC4（Ti-6Al-4V）的熱處理
在鈦合金中，TC4 是應用比較廣泛的一種鈦合金，通常它是在退火狀態下
使用。對TC4 可進行消除應力退火、再結晶退火和固溶時效處理，退火後的組織
是α 和β 兩相共存，但β 相含量較少，約佔有10%。TC4 再結晶溫度為750℃。
再結晶退火溫度一般選在再結晶溫度以上80~100℃（但在實際應用中，可視具
體情況而定，如表5-26），再結晶退火後TC4 的組織是等軸α 相+β 相，綜合性
能良好。但對TC4 的退火處理只是一種相穩定化處理，為了充分民掘其優良性
能的潛力，則應進行強化處理。TC4 合金的α+β/β 相轉變溫度為980~990℃，固
溶處理溫度一般選在α+β/β 轉變溫度以下40~100℃（視具體情況而定，如表5-26
所示），因為在β 相區固溶處理所得到的粗大魏氏體組織雖具有持久強度高和斷
裂韌性高的優點，但拉伸塑性和疲勞強度均很低，而在α+β 相區固溶處理則無此
缺點。
規 范
類 型
溫 度（℃） 時間（min） 冷 卻 方 式
消除應力退火 550~650 30~240 空 冷
再結晶退火 750~800 60~120 空冷或隨爐冷卻至590℃後空冷
真空退火 790~815
固溶處理 850~950 30~60 水 淬
時效處理 480~560 4~8h 空 冷
時效處理是將固溶處理後的TC4 加熱到中等溫度，保持一定時間，隨後空冷。
時效處理的目的是消除固溶處理所產生的對綜合性能不利的α』相。固溶處理所產
生的淬火馬氏體α』，在時效過程中發生迅速分解（相變相當復雜），使強度升高，
對此有兩種看法：
1。認為由於α』分解出α+β，分解產物的彌散強化作用使TC4 強度升高。
2.認為在時效過程中，β 相分解形成ω 相，造成TC4 強化。
隨著時效的進行，強度降低，對此現象也有兩種不同的觀點：
1．β 相的聚集使強度降低（與上述1 對應）。
2．ω 相的分解為一軟化過程（與上述2 對應）。
時效溫度和時間的選擇要以獲得最好的綜合性能為准。在推薦的固溶及時效
范圍內，最好通過時效硬化曲線來確定最佳工藝（如圖5-28 所示。此曲線為TC4
經850℃固溶處理後，在不同溫度下的時效硬化曲線）。低溫時效（480-560℃）
要比大於700℃的高溫時效好。因為在高溫時的拉伸強度、持久和蠕變強度、斷
裂韌性以及缺口拉伸性能等各方面，低溫時效都比高溫時效的好。
經固溶處理的TC4 綜合性能比750-800℃ 退火處理後的綜合性能要好。
需要指出的是，TC4 合金的加工態原始組織對熱處理後的顯微組織和力學性
能有較大的影響。對於高於相變溫度，經過不同變形而形成的網蘭狀組織來說，
是不能被熱處理所改變，在750~800℃退火後，基本保持原來的組織狀態；對於
在相變溫度以下進行加工而得到的α 及β 相組織，在750-800℃退火後，則能得
到等軸初生α相及轉變的β相。前者的拉伸延性和斷面收縮率都較後者低；但耐
高溫性能和斷裂韌性、抗熱鹽應力腐蝕都較高。
四．Ti-32Mo-2.5Nb 的熱處理
Ti-32Mo-2.5Nb 是穩定β 型單相固溶合金，只需進行消除應力退火處理，
退火溫度為750~800℃，保溫一小時，冷卻方式採用空冷、爐冷均可。
五．熱處理中的幾個問題
（一）污染問題
鈦有極高的化學活性，幾乎能與所有的元素作用。在室溫下能與空氣中的氧
起反應，生成一層極薄的氧化膜，氧化速率很小。但在高的溫度下，除了氧化速
率加快並向金屬晶格內擴散外，鈦還與空氣中的氫、氮、碳等起激烈的反應，也
能與氣體化合物CO、CO2、H2O、NH4 及許多揮發性有機物反應。熱處理金屬元
素與工件表面的鈦發生反應，使鈦表面的化學成分發生變化，其中一些間隙元素
還能透過金屬點陣，形成間隙固溶體。況且除氫以外，其他元素與鈦的反應是不
可逆的。即使是氫，也不允許在最終熱處理後，進行高溫去除。間隙元素不僅影
響鈦和鈦合金的力學性能，而且還影響α+β/β 轉變溫度和一些相變過程，因此，
對於間隙元素，尤其是氣體雜質元素對鈦和鈦合金的污染問題，在熱處理中必須
引起重視。
（二）加熱爐的選擇
為在加熱過程中防止污染，必須對不同要求的工件採取不同的措施。若在最
後經磨削或其他機械加工能將工件表面的污染層去除時，可在任何類型的加熱爐
中進行加熱，爐內氣氛呈中性或微氧化性。為防止吸氫，爐內應絕對避免呈還原
性氣氛。當工件的最後加工工序為熱處理時，一定要採用真空爐（真空度要求在
1×10-4mmHg）或氬氣氣氛（氬氣純度在99.99%以上並且乾燥）的加熱爐中進行
加熱。熱處理完畢後，必要時用30%的硝酸加3%的氫氟酸其餘為水，在50℃溫
度下對工件進行酸洗，或輕微磨削，以除去表面污染層。
（四）加熱方法
在熱處理進行以前，首先要對加熱爐爐膛進行清理，爐內不應有其他金屬或
氧化皮；對於工件，則要求表面沒有油污、水和氧化皮。
用真空爐對鈦工件進行加熱是防止污染的一種有效方法，但由於目前條件所
限，許多工廠還是採用一般加熱爐。在一般加熱爐中加熱，根據需求的不同採用
不同的措施防止污染，比如：
1．根據工件的大小，可裝在封閉的低碳鋼容器中，抽真空後進行加熱。若無真
空泵可通入惰性氣體（氬氣或氦氣）進行保護，保護氣體要多次反復通入、
排出，把空氣完全排凈。
2．使用塗層也是熱處理中保護鈦免遭污染的措施之一，在國外已取得一定的經
驗。國內一些工廠也在採用高溫漆和玻璃塗料作塗層。有人認為，目前對鈦
所用的各種保護塗層，只能減少污染的深度，並不能完全免除污染。對每種
熱處理，必須考慮允許的污染深度，選擇合適有效的塗層，其中也包括熱處
理後的剝離。
3．若用火焰加熱，在加熱過程中切忌火焰直接噴射在鈦工件上，煤氣火焰是鈦
吸氫的主要根源之一。而用燃油加熱，如若不慎將會引起鈦工件過分氧化或
增碳。
（五） 冷卻
鈦和鈦合金熱處理的冷卻方式主要是空冷或爐冷，也有採用油冷或風扇冷卻
的。淬火介質可用低粘度油或含3%NaOH 的水溶液，但通常使用最廣泛的淬火
介質是水。
只要能滿足鈦和鈦合金對冷卻速度的要求。一般鋼的熱處理所採用的冷卻裝
置對鈦都適用。

3. 列印鈦合金的3D列印機要多高溫度

鈦合金3D列印不是擠出的原材料吧，是鈦合金粉放在幾一個箱子內，激光再去根據形狀去融化合金等全部搞完去掉周圍的合金粉取出零件就行了。

4. tc4鈦合金熱處理淬火溫度多少

固溶處理：910-940度；保溫0.5-2h/水淬

時效處理：520-550度；保溫2-4h/空冷

Ti-6Al-4V（TC4）屬於國標鈦合金，執行標准「GB/T 2965-2007」

Ti-6Al-4V（TC4）在常規狀態下硬度在30HRC左右。

Ti-6Al-4V（TC4）兼有α及β兩類鈦合金的優點，即塑性好、熱強性好（可400℃在長期工作）、抗海水腐蝕能力很強，生產工藝簡單，可以焊接、冷熱成型，並可通過淬火和時效處理進行強化。主要應用於飛機壓氣機盤和葉片、艦艇耐壓殼體、大尺寸鍛件、模鍛件等。

Ti-6Al-4V（TC4）還具有良好的低溫工作性能。在-196℃以下仍然具有良好韌性，用於製造低溫高壓容器，如火箭及導彈的液氫燃料箱等。

Ti-6Al-4V（TC4）化學成分如下圖：

TC4鈦合金力學性能：

規定殘余伸長應力σr0.2/MPa≥825,

伸長率δ5(%)≥10,

5. 鈦合金的退火方法主要有哪幾種，各種退火是怎樣進行的

對鈦合金進行燒鈦表面處理不會會導致鈦合金退火，其硬度與強度不會下降。
燒鈦表面處理稱為發黑處理。發黑是化學表面處理的一種常用手段，原理是使金屬表面產生一層氧化膜，以隔絕空氣，達到防銹目的。外觀要求不高時可以採用發黑處理，鋼製件的表面發黑處理，也有被稱之為發藍的。
發黑處理工藝的步驟：
1、清洗；
2、脫脂：工件必須完全浸入脫脂液中；脫脂液濃度ph值12-14，處理時間10-30min，每過3-5分鍾上下抖動幾次，葯液濃度低於ph12時補充脫脂粉；
3、水洗；
4、酸洗：酸洗液濃度ph值2-4，處理時間5-10min；
5、水洗；
6、發黑：池液濃度ph值2.5-3.5，處理時間10-12min；
7、水洗；
8、吹乾
9、上油。

6. 鈦合金的熔點是多少。

鈦合金沒有固定的熔點。純鈦的熔點為熔點1668±4℃，而合金的熔點小於其組成的單一金屬，所以其熔點時小於1668±4℃。

鈦是同素異構體，熔點為1668℃，在低於882℃時呈密排六方晶格結構，稱為α鈦；在882℃以上呈體心立方晶格結構，稱為β鈦。利用鈦的上述兩種結構的不同特點，添加適當的合金元素，使其相變溫度及相分含量逐漸改變而得到不同組織的鈦合金。

室溫下，鈦合金有三種基體組織，鈦合金也就分為以下三類：α合金,(α+β)合金和β合金。中國分別以TA、TC、TB表示。

鈦合金在150℃～500℃范圍內仍有很高的比強度，鈦合金的工作溫度可達500℃。鈦合金在低溫和超低溫下，仍能保持其力學性能。低溫性能好，間隙元素極低的鈦合金，如TA7，在-253℃下還能保持一定的塑性。因此，鈦合金也是一種重要的低溫結構材料。

(6)鈦合金3d列印的退火溫度是多少擴展閱讀：

鈦合金的種類

α鈦合金

它是α相固溶體組成的單相合金，不論是在一般溫度下還是在較高的實際應用溫度下，均是α相，組織穩定，耐磨性高於純鈦，抗氧化能力強。在500℃～600℃的溫度下，仍保持其強度和抗蠕變性能，但不能進行熱處理強化，室溫強度不高。

β鈦合金

它是β相固溶體組成的單相合金， 未熱處理即具有較高的強度，淬火、時效後合金得到進一步強化，室溫強度可達1372～1666 MPa；但熱穩定性較差，不宜在高溫下使用。

α+β鈦合金

它是雙相合金，具有良好的綜合性能，組織穩定性好，有良好的韌性、塑性和高溫變形性能，能較好地進行熱壓力加工，能進行淬火、時效使合金強化。熱處理後的強度約比退火狀態提高50%～100%；高溫強度高，可在400℃～500℃的溫度下長期工作，其熱穩定性次於α鈦合金。

三種鈦合金中最常用的是α鈦合金和α+β鈦合金；α鈦合金的切削加工性最好，α+β鈦合金次之，β鈦合金最差。α鈦合金代號為TA，β鈦合金代號為TB，α+β鈦合金代號為TC。

7. 什麼是鈦合金

鈦是20世紀50年代發展起來的一種重要的結構金屬，鈦合金強度高、耐蝕性好、耐熱性高。20世紀50～60年代，主要是發展航空發動機用的高溫鈦合金和機體用的結構鈦合金。
70年代開發出一批耐蝕鈦合金，80年代以來，耐蝕鈦合金和高強鈦合金得到進一步發展。鈦合金主要用於製作飛機發動機壓氣機部件，其次為火箭、導彈和高速飛機的結構件
發展歷史
鈦是20世紀50年代發展起來的一種重要的結構金屬，鈦合金因具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用於各個領域。世界上許多國家都認識到鈦合金材料的重要性，相繼對其進行研究開發，並得到了實際應用。
第一個實用的鈦合金是1954年美國研製成功的Ti-6Al-4V合金，由於它的耐熱性、強度、塑性、韌性、成形性、可焊性、耐蝕性和生物相容性均較好，而成為鈦合金工業中的王牌合金，該合金使用量已佔全部鈦合金的75%～85%。其他許多鈦合金都可以看作是Ti-6Al-4V合金的改型。
20世紀50～60年代，主要是發展航空發動機用的高溫鈦合金和機體用的結構鈦合金，70年代開發出一批耐蝕鈦合金，80年代以來，耐蝕鈦合金和高強鈦合金得到進一步發展。耐熱鈦合金的使用溫度已從50年代的400℃提高到90年代的600～650℃。A2(Ti3Al)和r（TiAl）基合金的出現，使鈦在發動機的使用部位正由發動機的冷端（風扇和壓氣機）向發動機的熱端（渦輪）方向推進。結構鈦合金向高強、高塑、高強高韌、高模量和高損傷容限方向發展。
另外，20世紀70年代以來，還出現了Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Nb等形狀記憶合金，並在工程上獲得日益廣泛的應用。
世界上已研製出的鈦合金有數百種，最著名的合金有20～30種，如Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700、Ti-6242、Ti-10-5-3、Ti-1023、BT9、BT20、IMI829、IMI834等[2,4]。
據相關統計數據，2012年我國化工行業用鈦量達2.5萬噸，比2011年有所減少。這是自2009年以來，我國化工用鈦市場首次出現負增長。近些年來，化工行業一直是鈦加工材最大的用戶，其用量在鈦材總用量的佔比一直保持在50%以上，2011年佔比高達55%。但隨著經濟陷入低迷期，化工行業不但新建項目明顯減少，同時還將面臨產業結構調整，部分產品新建產能受到控制，落後產能也將逐步淘汰的境地。受此影響，其對鈦加工材用量的萎縮也變得順理成章。在此之前，便有業內人士預測化工行業用鈦量在2013~2015年間達到峰值。以當前市場表現看來，2012年整體經濟的疲軟有可能使得化工用鈦的衰退期提前。
原理
鈦合金是以鈦為基礎加入其他元素組成的合金。鈦有兩種同質異晶體：882℃以下為密排六方結構α鈦，882℃以上為體心立方的β鈦。
合金元素根據它們對相變溫度的影響可分為三類：
①穩定α相、提高相轉變溫度的元素為α穩定元素,有鋁、碳、氧和氮等。其中鋁是鈦合金主要合金元素，它對提高合金的常溫和高溫強度、降低比重、增加彈性模量有明顯效果。
②穩定β相、降低相變溫度的元素為β穩定元素，又可分同晶型和共析型二種。前者有鉬、鈮、釩等；後者有鉻、錳、銅、鐵、硅等。
③對相變溫度影響不大的元素為中性元素，有鋯、錫等。
氧、氮、碳和氫是鈦合金的主要雜質。氧和氮在α相中有較大的溶解度,對鈦合金有顯著強化效果,但卻使塑性下降。通常規定鈦中氧和氮的含量分別在0.15～0.2%和0.04～0.05%以下。氫在α相中溶解度很小,鈦合金中溶解過多的氫會產生氫化物，使合金變脆。通常鈦合金中氫含量控制在 0.015%以下。氫在鈦中的溶解是可逆的，可以用真空退火除去。
性能
鈦是一種新型金屬，鈦的性能與所含碳、氮、氫、氧等雜質含量有關，最純的碘化鈦雜質含量不超過0.1%，但其強度低、塑性高。99.5%工業純鈦的性能為：密度ρ=4.5g/立方厘米，熔點為1725℃，導熱系數λ=15.24W/(m.K)，抗拉強度σb=539MPa，伸長率δ=25%，斷面收縮率ψ=25%，彈性模量E=1.078×105MPa，硬度HB195。
強度高
鈦合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右，
僅為鋼的60%，純鈦的密度才接近普通鋼的密度，一些高強度鈦合金超過了許多合金結構鋼的強度。因此鈦合金的比強度(強度/密度)遠大於其他金屬結構材料，見表7-1，可制出單位強度高、剛性好、質輕的零部件。飛機的發動機構件、骨架、蒙皮、緊固件及起落架等都使用鈦合金。
熱強度高
使用溫度比鋁合金高幾網路，在中等溫度下仍能保持所要求的強度,可在450～500℃的溫度下長期工作這兩類鈦合金在150℃～500℃范圍內仍有很高的比強度，而鋁合金在150℃時比強度明顯下降。鈦合金的工作溫度可達500℃，鋁合金則在200℃以下。
抗蝕性好
鈦合金在潮濕的大氣和海水介質中工作，其抗蝕性遠優於不銹鋼；對點蝕、酸蝕、應力腐蝕的抵抗力特別強；對鹼、氯化物、氯的有機物品、硝酸、硫酸等有優良的抗腐蝕能力。但鈦對具有還原性氧及鉻鹽介質的抗蝕性差。
低溫性能好
鈦合金在低溫和超低溫下，仍能保持其力學性能。低溫性能好，間隙元素極低的鈦合金，如TA7，在-253℃下還能保持一定的塑性。因此，鈦合金也是一種重要的低溫結構材料。
化學活性大
鈦的化學活性大，與大氣中O、N、H
鈦合金製品

、CO、CO2、水蒸氣、氨氣等產生強烈的化學反應。含碳量大於0.2%時，會在鈦合金中形成硬質TiC；溫度較高時，與N作用也會形成TiN硬質表層；在600℃以上時，鈦吸收氧形成硬度很高的硬化層；氫含量上升，也會形成脆化層。吸收氣體而產生的硬脆表層深度可達0.1～0.15 mm，硬化程度為20%～30%。鈦的化學親和性也大，易與摩擦表面產生粘附現象。
導熱彈性小
鈦的導熱系數λ=15.24W/（m.K）約為鎳的1/4，鐵的1/5，鋁的1/14，而各種鈦合金的導熱系數比鈦的導熱系數約下降50%。鈦合金的彈性模量約為鋼的1/2，故其剛性差、易變形，不宜製作細長桿和薄壁件，切削時加工表面的回彈量很大，約為不銹鋼的2～3倍，造成刀具後刀面的劇烈摩擦、粘附、粘結磨損。
分類
STAN鈦製品

鈦是同素異構體，熔點為1668℃，在低於882℃時呈密排六方晶格結構，稱為α鈦；在882℃以上呈體心立方晶格結構，稱為β鈦。利用鈦的上述兩種結構的不同特點，添加適當的合金元素，使其相變溫度及相分含量逐漸改變而得到不同組織的鈦合金（titanium alloys）。室溫下，鈦合金有三種基體組織，鈦合金也就分為以下三類：α合金,(α+β)合金和β合金。中國分別以TA、TC、TB表示。
α鈦合金
它是α相固溶體組成的單相合金，不論是在一般溫度下還是在較高的實際應用溫度下，均是α相，組織穩定，耐磨性高於純鈦，抗氧化能力強。在500℃～600℃的溫度下，仍保持其強度和抗蠕變性能，但不能進行熱處理強化，室溫強度不高。
β鈦合金
它是β相固溶體組成的單相合金，
未熱處理即具有較高的強度，淬火、時效後合金得到進一步強化，室溫強度可達1372～1666 MPa；但熱穩定性較差，不宜在高溫下使用。

α+β鈦合金
它是雙相合金，具有良好的綜合性能，組織穩定性好，有良好的韌性、塑性和高溫變形性能，能較好地進行熱壓力加工，能進行淬火、時效使合金強化。熱處理後的強度約比退火狀態提高50%～100%；高溫強度高，可在400℃～500℃的溫度下長期工作，其熱穩定性次於α鈦合金。
三種鈦合金中最常用的是α鈦合金和α+β鈦合金；α鈦合金的切削加工性最好，α+β鈦合金次之，β鈦合金最差。α鈦合金代號為TA，β鈦合金代號為TB，α+β鈦合金代號為TC。
鈦合金按用途可分為耐熱合金、高強合金、耐蝕合金（鈦-鉬，鈦-鈀合金等）、低溫合金以及特殊功能合金（鈦-鐵貯氫材料和鈦-鎳記憶合金）等。典型合金的成分和性能見表。
熱處理 鈦合金通過調整熱處理工藝可以獲得不同的相組成和組織。一般認為細小等軸組織具有較好的塑性、熱穩定性和疲勞強度；針狀組織具有較高的持久強度、蠕變強度和斷裂韌性；等軸和針狀混合組織具有較好的綜合性能。
用途
鈦合金具有強度高而密度又小，機械性能好，韌性和抗蝕性能很好。另外，鈦合金的工藝性能差，切削加工困難，在熱加工中，非常容易吸收氫氧氮碳等雜質。還有抗磨性差，生產工藝復雜。鈦的工業化生產是1948年開始的。航空工業發展的需要，使鈦工業以平均每年約 8%的增長速度發展。世界鈦合金加工材年產量已達4萬余噸,鈦合金牌號近30種。使用最廣泛的鈦合金是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工業純鈦（TA1、TA2和TA3）。
鈦合金主要用於製作飛機發動機壓氣機部件，其次為火箭、導彈和高速飛機的結構件。60年代中期，鈦及其合金已在一般工業中應用，用於製作電解工業的電極，發電站的冷凝器，石油精煉和海水淡化的加熱器以及環境污染控制裝置等。鈦及其合金已成為一種耐蝕結構材料。此外還用於生產貯氫材料和形狀記憶合金等。
中國於1956年開始鈦和鈦合金研究；60年代中期開始鈦材的工業化生產並研製成TB2合金。
鈦合金是航空航天工業中使用的一種新的重要結構材料，比重、強度和使用溫度介於鋁和鋼之間，但比鋁、鋼強度高並具有優異的抗海水腐蝕性能和超低溫性能。1950年美國首次在F-84戰斗轟炸機上用作後機身隔熱板、導風罩、機尾罩等非承力構件。60年代開始鈦合金的使用部位從後機身移向中機身、部分地代替結構鋼製造隔框、梁、襟翼滑軌等重要承力構件。鈦合金在軍用飛機中的用量迅速增加，達到飛機結構重量的20%～25%。70年代起，民用機開始大量使用鈦合金，如波音747客機用鈦量達3640公斤以上。馬赫數大於 2.5的飛機用鈦主要是為了代替鋼，以減輕結構重量。又如，美國SR-71 高空高速偵察機(飛行馬赫數為3，飛行高度26212米)，鈦占飛機結構重量的93%，號稱「全鈦」飛機。當航空發動機的推重比從4～6提高到8～10，壓氣機出口溫度相應地從200～300°C增加到500～600°C時，原來用鋁製造的低壓壓氣機盤和葉片就必須改用鈦合金，或用鈦合金代替不銹鋼製造高壓壓氣機盤和葉片，以減輕結構重量。70年代，鈦合金在航空發動機中的用量一般占結構總重量的20%～30%，主要用於製造壓氣機部件，如鍛造鈦風扇、壓氣機盤和葉片、鑄鈦壓氣機機匣、中介機匣、軸承殼體等。航天器主要利用鈦合金的高比強度，耐腐蝕和耐低溫性能來製造各種壓力容器、燃料貯箱、緊固件、儀器綁帶、構架和火箭殼體。人造地球衛星、登月艙、載人飛船和太空梭 也都使用鈦合金板材焊接件。
熱處理
常用的熱處理方法有退火、固溶和時效處理。退火是為了消除內應力、提高塑性和組織穩定性，以獲得較好的綜合性能。通常α合金和（α+β）合金退火溫度選在（α+β）─→β相轉變點以下120～200℃；固溶和時效處理是從高溫區快冷,以得到馬氏體α′相和亞穩定的β相,然後在中溫區保溫使這些亞穩定相分解，得到α相或化合物等細小彌散的第二相質點，達到使合金強化的目的。通常(α+β)合金的淬火在(α+β)─→β相轉變點以下40～100℃進行，亞穩定β合金淬火在(α+β)─→β相轉變點以上40～80℃進行。時效處理溫度一般為450～550℃。
總結，鈦合金的熱處理工藝可以歸納為：
（1）消除應力退火：目的是為消除或減少加工過程中產生的殘余應力。防止在一些腐蝕環境中的化學侵蝕和減少變形。
（2）完全退火：目的是為了獲得好的韌性，改善加工性能，有利於再加工以及提高尺寸和組織的穩定性。
（3）固溶處理和時效：目的是為了提高其強度，α鈦合金和穩定的β鈦合金不能進行強化熱處理，在生產中只進行退火。α+β鈦合金和含有少量α相的亞穩β鈦合金可以通過固溶處理和時效使合金進一步強化。
此外，為了滿足工件的特殊要求，工業上還採用雙重退火、等溫退火、β熱處理、形變熱處理等金屬熱處理工藝。
切削
切削特點
鈦合金的硬度大於HB350時切削加工特別困難，小於HB300時則容易出現粘刀現象，也難於切削。但鈦合金的硬度只是難於切削加工的一個方面，關鍵在於鈦合金本身化學、物理、力學性能間的綜合對其切削加工性的影響。鈦合金有如下切削特點：
(1)變形系數小：這是鈦合金切削加工的顯著特點，變形系數小於或接近於1。切屑在前刀面上滑動摩擦的路程大大增大，加速刀具磨損。
(2)切削溫度高：由於鈦合金的導熱系數很小(只相當於45號鋼的1/5～1/7)，切屑與前刀面的接觸長度極短，切削時產生的熱不易傳出，集中在切削區和切削刃附近的較小范圍內，切削溫度很高。在相同的切削條件下，切削溫度可比切削45號鋼時高出一倍以上。
(3)單位面積上的切削力大：主切削力比切鋼時約小20%，由於切屑與前刀面的接觸長度極短，單位接觸面積上的切削力大大增加，容易造成崩刃。同時，由於鈦合金的彈性模量小，加工時在徑向力作用下容易產生彎曲變形，引起振動，加大刀具磨損並影響零件的精度。因此，要求工藝系統應具有較好的剛性。
(4)冷硬現象嚴重：由於鈦的化學活性大，在高的切削溫度下，很容易吸收空氣中的氧和氮形成硬而脆的外皮；同時切削過程中的塑性變形也會造成表面硬化。冷硬現象不僅會降低零件的疲勞強度，而且能加劇刀具磨損，是切削鈦合金時的一個很重要特點。
(5)刀具易磨損：毛坯經過沖壓、鍛造、熱軋等方法加工後，形成硬而脆的不均勻外皮，極易造成崩刃現象，使得切除硬皮成為鈦合金加工中最困難的工序。另外，由於鈦合金對刀具材料的化學親和性強，在切削溫度高和單位面積上切削力大的條件下，刀具很容易產生粘結磨損。車削鈦合金時，有時前刀面的磨損甚至比後刀面更為嚴重；進給量f<0.1 mm/r時，磨損主要發生在後刀面上；當f>0.2 mm/r時，前刀面將出現磨損；用硬質合金刀具精車和半精車時，後刀面的磨損以VBmax<0.4 mm較合適。
在銑削加工中，由於鈦合金材料的導熱系數低，而且切屑與前刀面的接觸長度極短，切削時產生的熱不易傳出，集中在切削變形區和切削刃附近的較小范圍內，加工時切削刃刃口處會產生極高的切削溫度，將大大縮短刀具壽命。對於鈦合金Ti6Al4V來說，在刀具強度和機床功率允許的條件下，切削溫度的高低是影響刀具壽命的關鍵因素，而並非切削力的大小。
刀具材料
切削加工鈦合金應從降低切削溫度和減少粘結兩方面出發，選用紅硬性好、抗彎強度高、導熱性能好、與鈦合金親和性差的刀具材料，YG類硬質合金比較合適。由於高速鋼的耐熱性差，因此應盡量採用硬質合金製作的刀具。常用的硬質合金刀具材料有YG8、YG3、YG6X、YG6A、813、643、YS2T和YD15等。
塗層刀片和YT類硬質合金會與鈦合金產生劇烈的親和作用，加劇刀具的粘結磨損，不宜用來切削鈦合金；對於復雜、多刃刀具，可選用高釩高速鋼(如W12Cr4V4Mo)、高鈷高速鋼(如W2Mo9Cr4VCo8)或鋁高速鋼(如W6Mo5Cr4V2Al、M10Mo4Cr4V3Al)等刀具材料，適於製作切削鈦合金的鑽頭、鉸刀、立銑刀、拉刀、絲錐等刀具。
採用金剛石和立方氮化硼作刀具切削鈦合金，可取得顯著效果。如用天然金剛石刀具在乳化液冷卻的條件下，切削速度可達200 m/min；若不用切削液，在同等磨損量時，允許的切削速度僅為100m/min。
注意事項
在切削鈦合金的過程中，應注意的事項有：
(1)由於鈦合金的彈性模量小，工件在加工中的夾緊變形和受力變形大，會降低工件的加工精度；工件安裝時夾緊力不宜過大，必要時可增加輔助支承。
(2)如果使用含氫的切削液，切削過程中在高溫下將分解釋放出氫氣，被鈦吸收引起氫脆；也可能引起鈦合金高溫應力腐蝕開裂。
(3)切削液中的氯化物使用時還可能分解或揮發有毒氣體，使用時宜採取安全防護措施，否則不應使用；切削後應及時用不含氯的清洗劑徹底清洗零件，清除含氯殘留物。
(4)禁止使用鉛或鋅基合金製作的工、夾具與鈦合金接觸，銅、錫、鎘及其合金也同樣禁止使用。
(5)與鈦合金接觸的所有工、夾具或其他裝置都必須潔凈；經清洗過的鈦合金零件，要防止油脂或指印污染，否則以後可能造成鹽(氯化鈉)的應力腐蝕。
(6)一般情況下切削加工鈦合金時，沒有發火危險，只有在微量切削時，切下的細小切屑才有發火燃燒現象。為了避免火災，除大量澆注切削液之外，還應防止切屑在機床上堆積，刀具用鈍後立即進行更換，或降低切削速度，加大進給量以加大切屑厚度。若一旦著火，應採用滑石粉、石灰石粉末、干砂等滅火器材進行撲滅，嚴禁使用四氯化碳、二氧化碳滅火器，也不能澆水，因為水能加速燃燒，甚至導致氫爆炸。
脫氧化及酸洗
在熱處理中間及熱處理之後大多要求進行表面處理，以便去除金屬表面氧化皮及各種污染物，減少金屬裸餺表面的活性，以及在鈦及其合金錶鹵塗敷保護層及各種功能塗層之前和塗敷過程中也要進行表面處理，塗敷這種塗層的是改善金屬表面的性能，例如，防止腐蝕、氧化及磨損等。
鈦及其合金的酸洗條件決定於氧化層及現存反應層的種類（特徵），而這種層的種類又受到高溫加熱過程及加工過程溫度增高（例如，鍛造、鑄造、焊接等）的影響。在較低的加工溫度或者大約在600X：以下的髙溫加熱溫度條件下僅僅生成薄的氧化層，高溫條件下對著某種氧化層附近形成一種富氧擴散區,也必須通過酸洗脫除這個富氧擴散層。可以採用各種不同的脫除氧化皮方法：脫除厚氧化層及硬表面層的機械方法，在熔融鹽浴中脫除氧化皮以及在酸溶液中進行酸洗脫除氧化皮的方法。
在很多種情況下可以採用若干方法相結合的方法，例如，先機械方式脫除氧化皮及接著進行酸洗相結合，或者先鹽浴及接著進行酸洗相結合的脫除氧化皮方法^遇到在較高的溫度下形成的氧化層及擴散層的情況下要採用特殊的方法但是在高溫加熱到600X：的情況下形成的氧化層大多通過一般的酸洗就可將其溶解掉。
存在的問題
鈦合金具有質量輕、比強度高、耐腐蝕性好等優點，故被廣泛應用在汽車工業中，應用鈦合金最多的是汽車發動機系統。利用鈦合金製造發動機零件有很多好處。 [1]
鈦合金的密度低，可以降低運動零件的慣性質量，同時鈦氣門彈簧可以增加自由振動，減弱車身的振顫，提高發動機的轉速及輸出功率。
減小運動零件的慣性質量，從而使摩擦力減小，提高發動機的燃油效率。選擇鈦合金可以減輕相關零件的負載應力，縮小零件的尺寸，從而使發動機及整車的質量減輕。零部件慣性質量的降低，使得振動和雜訊減弱，改善發動機的性能。 鈦合金在其他部件上的應用可提高人員的舒適度和汽車的美觀等。在汽車工業上的應用，鈦合金在節能降耗方面起到了不可估量的作用。
鈦合金零部件盡管具有如此優越的性能，但距鈦及其合金普遍應用在汽車工業中還有很大的距離，原因包括價格昂貴、成形性不好及焊接性能差等問題。
阻礙鈦合金普遍應用於汽車工業的最主要原因還是成本過高。
無論是金屬最初的冶煉還是後續的加工，鈦合金的價格都遠遠高於其他金屬。汽車工業能夠接受的鈦制零件成本，用連桿鈦材8～13美元/kg，氣閥用鈦材13～20美元/kg，彈簧、發動機排氣系統及緊固件用鈦材希望在8美元/kg以下。是鋁板材的6～15倍，鋼板材的45～83倍。
缺點
鈦及鈦合金主要限制是在高溫與其它材料的化學反應性差。此性質迫使鈦合金與一般傳統的精煉、熔融和鑄造技術不同，甚至經常造成模具的損壞；結果，使的鈦合金的價格變的十分昂貴。因此它們剛開始大多用在飛機結構、航空器，以及用在石油和化學工業等高科技工業。不過由於太空科技的發達、人民生活質量的提升，所以鈦合金也漸漸地用來製成民生用品，造福人民的生活，只是這些產品價格仍然偏高，多屬於高價位的產品，這是鈦合金無法發揚光大的最大的致命傷。
新進展
各國都在開發低成本和高性能的新型鈦合金，努力使鈦合金進入具有巨大市場潛力的民用工業領域。國內外鈦合金材料的研究新進展主要體現在以下幾方面。
高溫鈦合金
世界上第一個研製成功的高溫鈦合金是Ti-6Al-4V，使用溫度為300-350℃。隨後相繼研製出使用溫度達400℃的IMI550、BT3-1等合金，以及使用溫度為450~500℃的IMI679、IMI685、Ti-6246、Ti-6242等合金。已成功地應用在軍用和民用飛機發動機中的新型高溫鈦合金有.英國的IMI829、IMI834合金；美國的Ti-1100合金；俄羅斯的BT18Y、BT36合金等。表7為部分國家新型高溫鈦合金的最高使用溫度。
近幾年國外把採用快速凝固/粉末冶金技術、纖維或顆粒增強復合材料研製鈦合金作為高溫鈦合金的發展方向，使鈦合金的使用溫度可提高到650℃以上[1,27,29,31]。美國麥道公司採用快速凝固/粉末冶金技術成功地研製出一種高純度、高緻密性鈦合金，在760℃下其強度相當於室溫下使用的鈦合金強度。
鈦鋁化合物
與一般鈦合金相比，鈦鋁化合物為基鈉Ti3Al（α2）和TiAl（γ）金屬間化合物的最大優點是高溫性能好（最高使用溫度分別為816和982℃）、抗氧化能力強、抗蠕變性能好和重量輕（密度僅為鎳基高溫合金的1/2），這些優點使其成為未來航空發動機及飛機結構件最具競爭力的材料。
已有兩個Ti3Al為基的鈦合金Ti-21Nb-14Al和Ti-24Al-14Nb-#v-0.5Mo在美國開始批量生產。其他發展的Ti3Al為基的鈦合金有Ti-24Al-11Nb、Ti25Al-17Nb-1Mo和Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo等[29]。TiAl（γ）為基的鈦合金受關注的成分范圍為Ti-（46-52）Al-（1-10）M（at.%），此處M為v、Cr、Mn、Nb、Mn、Mo和W中的至少一種元素。TiAl3為基的鈦合金開始引起注意，如Ti-65Al-10Ni合金。
醫用鈦合金
鈦無毒、質輕、強度高且具有優良的生物相容性，是非常理想的醫用金屬材料，可用作植入人體的植入物等。在醫學領域中廣泛使用的仍是Ti-6Al-4v ELI合金。但後者會析出極微量的釩和鋁離子，降低了其細胞適應性且有可能對人體造成危害，這一問題早已引起醫學界的廣泛關注。美國早在20世紀80年代中期便開始研製無鋁、無釩、具有生物相容性的鈦合金，將其用於矯形術。日本、英國等也在該方面做了大量的研究工作，並取得一些新的進展。例如，日本已開發出一系列具有優良生物相容性的α+β鈦合金，包括Ti-15Zr-4Nb_4ta-0.2Pd、Ti-15Zr-4Nb-aTa-0.2Pd-0.20~0.05N、Ti-15Sn-4Nb-2Ta-0.2Pd和Ti-15Sn-4nb-2Ta-0.2Pd-0.20，這些合金的腐蝕強度、疲勞強度和抗腐蝕性能均優於Ti-6Al-4v ELI。與α+β鈦合金相比，β鈦合金具有更高的強度水平，以及更好的切口性能和韌性，更適於作為植入物植入人體。在美國，已有5種β鈦合金被推薦至醫學領域，即TMZFTM（TI-12Mo-^Zr-2Fe）、Ti-13Nb-13Zr、Timetal 21SRx（TI-15Mo-2.5Nb-0.2Si）、Tiadyne 1610（Ti-16Nb-9.5Hf）和Ti-15Mo。估計在不久的將來，此類具有高強度、低彈性模量以及優異成形性和抗腐蝕性能的廬鈦合金很有可能取代醫學領域中廣泛使用的Ti-6Al-4V ELI合金

8. 鈦合金（TA、TC、TB）闡述熱處理工藝

鈦的熱處理方法
一.鈦的基本熱處理:
工業純鈦是單相α 型組織,雖然在890℃以上有α-β 的多型體轉變,但由於
相變特點決定了它的強化效應比較弱,所以不能用調質等熱處理提高工業純鈦的
機械強度.工業純鈦唯一的熱處理就是退火.它的主要退火方法有三種：1 再結
晶退火 2 消應力退火 3 真空退火.前兩種的目的都是消除應力和加工硬化效應,
以恢復塑性和成型能力.
工業純鈦在材料生產過程中加工硬度效應很大.圖2-26 所示為經不同冷加
工後,TA2 屈服強度的升高,因此在鈦材生產過程中,經冷、熱加工後,為了恢
復塑性,得到穩定的細晶粒組織和均勻的機械性能,應進行再結晶退火.工業純
鈦的再結晶溫度為550-650℃,因此再結晶退火溫度應高於再結晶溫度,但低於
α-β 相的轉變溫度.在650-700℃退火可獲得最高的綜合機械性能（因高於700℃
的退火將引起晶粒粗大,導致機械性能下降）.退火材料的冷加工硬化一般經
10-20 分鍾退火就能消除.這種熱處理一般在鈦材生產單位進行.為了減少高溫
熱處理的氣體污染並進一步脫除鈦材在熱加工過程中所吸收的氫氣,目前一般鈦
材生產廠家都要求真空氣氛下的退火處理.
為了消除鈦材在加工過程（如焊接、爆炸復合、製造過程中的輕度冷變形）
中的殘余應力,應進行消應力熱處理.
消應力退火一般不需要在真空或氬氣氣氛中進行,只要保持爐內氣氛為微氧
化性即可.
二.鈦及鈦合金的熱處理:
為了便於進行機械工業加並得到具有一定性能的鈦和鈦合金,以滿足各種
產品對材料性能的要求,需要對鈦及鈦合金進行熱處理.
1．工業純鈦（TA1、TA2、TA3）的熱處理
α-鈦合金從高溫冷卻到室溫時,金相組織幾乎全是α 相,不能起強化作用,
因此,目前對α-鈦只需要進行消應力退火、再結晶退火和真空退火處理.前
兩種是在微氧化爐中進行,而後者則應在真空爐中進行.
（一）消應力退火
為了消除鈦和鈦合金在熔鑄、冷加工、機械加工及焊接等工藝過程中所產生
的內應力,以便於以後加工,並避免在使用過程中由於內應力存在而引起開裂破
壞,對α-鈦應進行消除應力退火處理.消除應力退火溫度不能過高、過低,因為
過高引起晶粒粗化,產生不必要的相變而影響機械性能,過低又會使應力得不到
消除,所以,一般是選在再結晶溫度以下.對於工業純鈦來說,消除應力退火的
加熱溫度為500-600℃.加熱時間應根據工件的厚度及保溫時間來確定.為了提
高經濟效果並防止不必要的氧化,應選擇能消除大部分內應力的最短時間.工業
純鈦消除應力退火的保溫時間為15-60 分鍾,冷卻方式一般採用空冷.
（二）再結晶退火（完全退火）
α-鈦大部分在退火狀態下使用,退火可降低強度、提高塑性,得到較好的綜
合性能.為了盡可能減少在熱處理過程中氣體對鈦材表面污染,熱處理溫度盡可
能選得低些.工業純鈦的退火溫度高於再結晶溫度,但低於α 向β 相轉變的溫度
120-200℃,這時所得到的是細晶粒組織.加熱時間視工件厚度而定,冷卻方式
一般採用空冷.對於工業純鈦來說,再結晶退火的加熱溫度為680-700℃,保溫
時間為30-120 分鍾.規范的選取要根據實際情況來定,通常加熱溫度高時,保
溫時間要短些.
需要指出的是,退火溫度高於700℃時,而且保溫時間長時,將引起晶粒粗
化,導致機械性能下降,同時,晶粒一旦粗化,用現有的任何熱處理方法都難以
使之細化.為了避免晶粒粗化,可採取下列兩種措施：
1）盡可能將退火溫度選在700℃以下.
2） 退火溫度如果在700℃以上時,保溫時間盡可能短些,但在一般情況下,
每mm 厚度不得少於3 分鍾,對於所有工件來講,不能小於15 分鍾.
（三）真空退火
鈦中的氫雖無強化作用,但危害性很大,能引起氫脆.氫在α-鈦中的溶解
度很小,主要呈TiH2 化合物狀態存在,而TiH2 只在300℃以下才穩定.如將α-
鈦在真空中進行加熱,就能將氫降低至0.1%以下.當鈦中含氫量過多時需要除
氫,為了除氫或防止氧化,必須進行真空退火.真空退火的加熱溫度與保溫時間,
與再結晶退火基本相同.冷卻方式為在爐中緩冷卻到適當的溫度,然後才能開爐,
真空度不能低於5×10-4mmHg.
二．TC4（Ti-6Al-4V）的熱處理
在鈦合金中,TC4 是應用比較廣泛的一種鈦合金,通常它是在退火狀態下
使用.對TC4 可進行消除應力退火、再結晶退火和固溶時效處理,退火後的組織
是α 和β 兩相共存,但β 相含量較少,約佔有10%.TC4 再結晶溫度為750℃.
再結晶退火溫度一般選在再結晶溫度以上80~100℃（但在實際應用中,可視具
體情況而定,如表5-26）,再結晶退火後TC4 的組織是等軸α 相+β 相,綜合性
能良好.但對TC4 的退火處理只是一種相穩定化處理,為了充分民掘其優良性
能的潛力,則應進行強化處理.TC4 合金的α+β/β 相轉變溫度為980~990℃,固
溶處理溫度一般選在α+β/β 轉變溫度以下40~100℃（視具體情況而定,如表5-26
所示）,因為在β 相區固溶處理所得到的粗大魏氏體組織雖具有持久強度高和斷
裂韌性高的優點,但拉伸塑性和疲勞強度均很低,而在α+β 相區固溶處理則無此
缺點.
規 范
類 型
溫 度（℃） 時間（min） 冷 卻 方 式
消除應力退火 550~650 30~240 空 冷
再結晶退火 750~800 60~120 空冷或隨爐冷卻至590℃後空冷
真空退火 790~815
固溶處理 850~950 30~60 水 淬
時效處理 480~560 4~8h 空 冷
時效處理是將固溶處理後的TC4 加熱到中等溫度,保持一定時間,隨後空冷.
時效處理的目的是消除固溶處理所產生的對綜合性能不利的α』相.固溶處理所產
生的淬火馬氏體α』,在時效過程中發生迅速分解（相變相當復雜）,使強度升高,
對此有兩種看法：
1.認為由於α』分解出α+β,分解產物的彌散強化作用使TC4 強度升高.
2.認為在時效過程中,β 相分解形成ω 相,造成TC4 強化.
隨著時效的進行,強度降低,對此現象也有兩種不同的觀點：
1．β 相的聚集使強度降低（與上述1 對應）.
2．ω 相的分解為一軟化過程（與上述2 對應）.
時效溫度和時間的選擇要以獲得最好的綜合性能為准.在推薦的固溶及時效
范圍內,最好通過時效硬化曲線來確定最佳工藝（如圖5-28 所示.此曲線為TC4
經850℃固溶處理後,在不同溫度下的時效硬化曲線）.低溫時效（480-560℃）
要比大於700℃的高溫時效好.因為在高溫時的拉伸強度、持久和蠕變強度、斷
裂韌性以及缺口拉伸性能等各方面,低溫時效都比高溫時效的好.
經固溶處理的TC4 綜合性能比750-800℃ 退火處理後的綜合性能要好.
需要指出的是,TC4 合金的加工態原始組織對熱處理後的顯微組織和力學性
能有較大的影響.對於高於相變溫度,經過不同變形而形成的網蘭狀組織來說,
是不能被熱處理所改變,在750~800℃退火後,基本保持原來的組織狀態；對於
在相變溫度以下進行加工而得到的α 及β 相組織,在750-800℃退火後,則能得
到等軸初生α相及轉變的β相.前者的拉伸延性和斷面收縮率都較後者低；但耐
高溫性能和斷裂韌性、抗熱鹽應力腐蝕都較高.
四．Ti-32Mo-2.5Nb 的熱處理
Ti-32Mo-2.5Nb 是穩定β 型單相固溶合金,只需進行消除應力退火處理,
退火溫度為750~800℃,保溫一小時,冷卻方式採用空冷、爐冷均可.
五．熱處理中的幾個問題
（一）污染問題
鈦有極高的化學活性,幾乎能與所有的元素作用.在室溫下能與空氣中的氧
起反應,生成一層極薄的氧化膜,氧化速率很小.但在高的溫度下,除了氧化速
率加快並向金屬晶格內擴散外,鈦還與空氣中的氫、氮、碳等起激烈的反應,也
能與氣體化合物CO、CO2、H2O、NH4 及許多揮發性有機物反應.熱處理金屬元
素與工件表面的鈦發生反應,使鈦表面的化學成分發生變化,其中一些間隙元素
還能透過金屬點陣,形成間隙固溶體.況且除氫以外,其他元素與鈦的反應是不
可逆的.即使是氫,也不允許在最終熱處理後,進行高溫去除.間隙元素不僅影
響鈦和鈦合金的力學性能,而且還影響α+β/β 轉變溫度和一些相變過程,因此,
對於間隙元素,尤其是氣體雜質元素對鈦和鈦合金的污染問題,在熱處理中必須
引起重視.
（二）加熱爐的選擇
為在加熱過程中防止污染,必須對不同要求的工件採取不同的措施.若在最
後經磨削或其他機械加工能將工件表面的污染層去除時,可在任何類型的加熱爐
中進行加熱,爐內氣氛呈中性或微氧化性.為防止吸氫,爐內應絕對避免呈還原
性氣氛.當工件的最後加工工序為熱處理時,一定要採用真空爐（真空度要求在
1×10-4mmHg）或氬氣氣氛（氬氣純度在99.99%以上並且乾燥）的加熱爐中進行
加熱.熱處理完畢後,必要時用30%的硝酸加3%的氫氟酸其餘為水,在50℃溫
度下對工件進行酸洗,或輕微磨削,以除去表面污染層.
（四）加熱方法
在熱處理進行以前,首先要對加熱爐爐膛進行清理,爐內不應有其他金屬或
氧化皮；對於工件,則要求表面沒有油污、水和氧化皮.
用真空爐對鈦工件進行加熱是防止污染的一種有效方法,但由於目前條件所
限,許多工廠還是採用一般加熱爐.在一般加熱爐中加熱,根據需求的不同採用
不同的措施防止污染,比如：
1．根據工件的大小,可裝在封閉的低碳鋼容器中,抽真空後進行加熱.若無真
空泵可通入惰性氣體（氬氣或氦氣）進行保護,保護氣體要多次反復通入、
排出,把空氣完全排凈.
2．使用塗層也是熱處理中保護鈦免遭污染的措施之一,在國外已取得一定的經
驗.國內一些工廠也在採用高溫漆和玻璃塗料作塗層.有人認為,目前對鈦
所用的各種保護塗層,只能減少污染的深度,並不能完全免除污染.對每種
熱處理,必須考慮允許的污染深度,選擇合適有效的塗層,其中也包括熱處
理後的剝離.
3．若用火焰加熱,在加熱過程中切忌火焰直接噴射在鈦工件上,煤氣火焰是鈦
吸氫的主要根源之一.而用燃油加熱,如若不慎將會引起鈦工件過分氧化或
增碳.
（五） 冷卻
鈦和鈦合金熱處理的冷卻方式主要是空冷或爐冷,也有採用油冷或風扇冷卻
的.淬火介質可用低粘度油或含3%NaOH 的水溶液,但通常使用最廣泛的淬火
介質是水.
只要能滿足鈦和鈦合金對冷卻速度的要求.一般鋼的熱處理所採用的冷卻裝
置對鈦都適用.