Термическая обработка титанового сплава Ti6Al4V

Как известно, титан является чрезвычайно активным металлом и легко загрязняется водородом, кислородом и углеродом, любое из этих веществ может повлиять на титановый сплав, поэтому необходимо контролировать все: материал, оборудование, процесс, испытания, обслуживание и так далее. Процесс термообработки титановых сплавов должен проходить под строгим контролем, помимо использования вакуумной печи с аргоновой защитой, титановые сплавы необходимо нагревать в окислительной атмосфере. Этот процесс включает в себя точный контроль и требует удаления оксидного слоя на поверхности заготовки. Разумное легирование и термическая обработка могут эффективно улучшить свойства титановых сплавов. Существует множество методов термообработки, для титанового сплава Grade5 обычно используются отжиг, закалка-старение и химико-термическая обработка.

Отжиг - единственный метод термической обработки чистого титана и α-титанового сплава. Отжиг подходит для всех видов титановых сплавов, чтобы устранить напряжение и улучшить пластичность сплава и стабильность микроструктуры. Процесс отжига используется для различных титановых сплавов. Цель отжига - улучшить пластичность материала и стабилизировать его структуру. Процесс может осуществляться в трех формах: отжиг для снятия напряжений, рекристаллизационный отжиг и двойной отжиг.

Отжиг производится в воздушной печи, отжиг в печи с инертным газом или в вакуумной печи, если существует требование к загрязнению поверхности деталей. При изотермическом отжиге следует использовать конвертер или воздушное охлаждение, если размер детали слишком велик, чтобы избежать слишком большой микроструктуры из-за слишком низкой скорости охлаждения. При двойном отжиге, воздушное охлаждение после первого нагрева, титановые детали должны быть диспергированы охлаждения, принудительное воздушное охлаждение, если необходимо, чтобы избежать слишком медленной скорости охлаждения влияет на производительность.

Отжиг титана класса 5

Класс	Титановый лист/полоса			Титановый стержень/проволока
	Температура	Время/мин	Охлаждение	Температура	Время	Охлаждение
5 класс	700℃-870℃	15-60	Воздушное охлаждение	700℃-800℃	60-120	Воздушное охлаждение

Примечание: воздушное охлаждение или медленное охлаждение. При двойном отжиге, β температура перехода ниже 15 ~ 30 ℃ в течение 1 ~ 2 часов, воздушное охлаждение или более быстрое охлаждение, а затем 705-760 ℃ в течение 1 ~ 2 часов, воздушное охлаждение.

Контрольные параметры термообработки титанового сплава включают температуру раствора, время раствора, режим охлаждения (закалка в воде, закалка в масле, охлаждение в печи) и температуру старения. Для разных титановых сплавов требуются разные температуры отжига. Если требуется β-отжиг или β-термообработка раствором, Сплав Gr.5 или другого сплава типа α-β должна быть выдержана в течение не менее 30 мин выше температуры β-перехода партии деталей (30±15) ℃, а затем охлаждена до комнатной температуры на воздухе или в инертном газе, не допускается с охлаждением печи. Если требуется закалка водой, то перед вторым отжигом сплав следует выдержать при температуре 730 ~ 760℃ в течение 1 ~ 3 часов после закалки водой.

Отжиг - единственный метод термической обработки чистого титана и α-титанового сплава. Отжиг подходит для всех видов титановых сплавов, чтобы устранить напряжение и улучшить пластичность сплава и стабильность микроструктуры. Процесс отжига используется для различных титановых сплавов. Цель отжига - улучшить пластичность материала и стабилизировать его структуру. Процесс может осуществляться в трех формах: отжиг для снятия напряжений, рекристаллизационный отжиг и двойной отжиг.

Отжиг производится в воздушной печи, отжиг в печи с инертным газом или в вакуумной печи, если существует требование к загрязнению поверхности деталей. При изотермическом отжиге следует использовать конвертер или воздушное охлаждение, если размер детали слишком велик, чтобы избежать слишком большой микроструктуры из-за слишком низкой скорости охлаждения. При двойном отжиге, воздушное охлаждение после первого нагрева, титановые детали должны быть диспергированы охлаждения, принудительное воздушное охлаждение, если необходимо, чтобы избежать слишком медленной скорости охлаждения влияет на производительность.

Отжиг титана класса 5

Класс	Титановый лист/полоса			Титановый стержень/проволока
	Температура	Время/мин	Охлаждение	Температура	Время	Охлаждение
5 класс	700℃-870℃	15-60	Воздушное охлаждение	700℃-800℃	60-120	Воздушное охлаждение

Примечание: воздушное охлаждение или медленное охлаждение. При двойном отжиге, β температура перехода ниже 15 ~ 30 ℃ в течение 1 ~ 2 часов, воздушное охлаждение или более быстрое охлаждение, а затем 705-760 ℃ в течение 1 ~ 2 часов, воздушное охлаждение.

Контрольные параметры термообработки титанового сплава включают температуру раствора, время раствора, режим охлаждения (закалка в воде, закалка в масле, охлаждение в печи) и температуру старения. Различные титановые сплавы требуют различных температур отжига. Если требуется β отжиг или β термообработка раствора, сплав Gr5 или другой сплав α-β типа должен быть выдержан в течение не менее 30 минут выше температуры β перехода партии деталей (30±15) ℃, а затем охлажден до комнатной температуры на воздухе или в инертном газе, не допускается охлаждение в печи. Если требуется закалка водой, то перед вторым отжигом сплав следует выдержать при температуре 730 ~ 760℃ в течение 1 ~ 3 часов после закалки водой.

Отжиг для снятия напряжения

Нагрев и изоляция титана при отпуске с ослаблением напряжений должны проводиться в соответствии со стандартом. После изоляции детали должны быть охлаждены на воздухе, в инертном газе или в печи. Температура нагрева при отжиге для снятия напряжения не должна превышать температуру старения или температуру отжига стадии 2 для титановых сплавов, которые были обработаны раствором и состарены или подвергнуты двойному отжигу.

Температуры, используемые для отжига для снятия напряжений, ниже, чем для рекристаллизации, а время отжига обычно короче, чем для рекристаллизации. Этот процесс выполняется для снижения остаточных напряжений в процессе изготовления. Процесс позволяет получить оптимальные сочетания прочности, пластичности и стабильности размеров. Он может использоваться для снижения нежелательных остаточных напряжений при последующих операциях, включая механическую обработку и термообработку. Он идеально подходит для двухфазных титановых сплавов и может также повысить их устойчивость к коррозии под напряжением. Но если вы хотите избежать термообработки, этот метод вам не рекомендуется.

Этот процесс может осуществляться при температуре выше температуры бета-перехода (бета-переход), при которой альфа-фаза исчезает, а микроструктура переходит в кубическую. Этот метод используется для улучшения механических свойств деталей из титанового сплава, которым необходимо придать сложную форму.

Отжиг с ослаблением напряжений титана класса 5

Сплавы	Температура	Время/мин
5 класс	480℃ -650℃	60-240

Примечание: Отжиг для снятия напряжения может быть завершен одновременно при температуре 760 ~ 790℃ с горячей штамповкой.

Изотермический отжиг

Изотермический отжиг обеспечивает наилучшую пластичность и термическую стабильность. Это хороший выбор для двухфазных титановых сплавов, содержащих большое количество b-стабилизированных элементов. Для этого необходимо нагреть сплав выше температуры рекристаллизации и перенести его в печь с более низкой температурой. Тепло, сохранившееся во время этого процесса, передается на поверхность сплава при воздушном охлаждении. Этот процесс можно повторить несколько раз для достижения желаемого результата.

Рекристаллизационный отжиг

Процесс рекристаллизационного отжига - это метод регулировки температуры для определенного типа титанового сплава с целью устранения основных напряжений. Целью рекристаллизационного отжига является достижение желаемой пластичности и прочностных характеристик. Температура рекристаллизационного отжига обычно составляет от 450 до 650℃.

В процессе отжига на растяжение рекристаллизация титанового сплава происходит одновременно со скольжением дислокаций. Это явление известно как двойная текучесть. Температура отжига 920℃ увеличивает прочность, одновременно снижая пластичность. После рекристаллизации выпадает вторичная фаза. Длительное время отжига не играет существенной роли в определении конечных механических свойств титановых сплавов.

Закалка-старение - это основной способ упрочнения титанового сплава Ti6Al4V, который использует фазовые превращения для упрочнения, также известный как упрочняющая термообработка. После обработки раствором детали из титанового сплава должны быть подвергнуты старению в соответствии с положениями (см. таблицу ниже). После старения детали охлаждаются на воздухе, в инертном газе или в печи.

Закалочное старение титана Gr.5 

Класс	Температура	Время/ч
5 класс	480℃ -690℃	2-8

Химико-термическая обработка титанового сплава в основном направлена на повышение износостойкости, термической стабильности и прочности поверхности. Как известно, титановый сплав имеет большой коэффициент трения и плохую износостойкость (обычно примерно на 40% ниже, чем у стали), а его контактная поверхность легко сцепляется и вызывает фрикционную коррозию. Титановый сплав обладает сильной коррозионной стойкостью в окислительной среде, но плохой коррозионной стойкостью в восстановительной среде (соляная кислота, серная кислота и т.д.). Для улучшения этих свойств можно использовать гальваническое покрытие, напыление и химико-термическую обработку, т.е. азотирование, оксидирование и другие методы. После азотирования твердость азотированной поверхности в 2-4 раза выше, чем без азотирования, что, несомненно, повышает износостойкость сплава и улучшает его коррозионную стойкость в восстановительной среде. Коррозионная стойкость сплава может быть увеличена в 7~9 раз путем оксигенации, но недостатком является некоторая потеря пластичности и усталостной прочности.