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我国钛及钛合金热处理的分类与标准现状

发布时间 :2021-11-15 15:33:41 浏览次数 :

钛是20世纪50年代发展起来的一种重要结构金属,具有密度低、比强度高、耐腐蚀、耐高温、无磁等优良性能,及形状记忆、超导、储氢、生物相容性4大功能,被广泛应用在航空、航天、舰船、兵器、核、化工、海水淡化、医疗器械、环境保护等领域,在国民经济发展和国防工业中占有重要的地位和作用[1]。

为优化钛及钛合金材料的组织和性能,热处理被视为钛材生产中的关键工序。钛及钛合金在热处理中存在马氏体相变不会引起合金显著变化、有可能形成脆性w相、同素异构转变难以细化晶粒、导热性差、化学活性大、β相转变温度差异大、在β区加热时β晶粒长大倾向性大等特点[2],钛及钛合金的热处理必须结合化学成分及历史加工工艺进行,才能获得所需组织和性能。选择适宜的钛及钛合金热处理标准及工艺,成为钛及钛合金产品获得满足使用用途的组织和性能最佳匹配关系的重要环节。

1、钛及钛合金热处理分类

钛及钛合金热处理主要分为改善组织及综合性能的热处理、表面热处理和扩散热处理3类,具体见表1。

钛及钛合金热处理分类

2、钛及钛合金热处理标准现状及发展趋势

2.1钛及钛合金热处理标准现状

我国的钛工业进程起步较晚,主要通过仿制国外材料并进行国产化建立了相应的钛及钛合金体系,因此对于实际应用的钛及钛合金热处理制度是在国外相关资料的基础上,结合我国实际热处理设备状况和应用需求逐渐摸索并确定的,之后逐步通过规范实现了钛及钛合金热处理标准化的雏形。相对于钛及钛合金产品的发展,建立的钛及钛合金专用热处理标准中涉及的牌号少、覆盖产品的应用领域不全面,导致钛及钛合金采用的热处理制度主要以钛及钛合金产品标准中推荐的热处理制度为主。目前我国钛及钛合金产品选用的热处理制度和依据主要为中国国家标准、美国标准及俄罗斯标准,涉及的主要热处理专用标准见表2;典型合金的热处理制度见表3;热处理通用基础标准见表4。

钛及钛合金热处理专用标准

典型TC4钛合金热处理制度

钛及钛合金热处理典型基础标准

美国钛及钛合金体系的建立,主要面向航空、航天工业,制定了专用的钛及钛合金热处理标准,对美国涉及的钛及钛合金牌号热处理均包含在其热处理标准内,且标准的更新速度较快;同时配合美国宇航标准AMS等产品标准中规定的热处理制度及要求,满足了专用及通用钛及钛合金材料的热处理需求。

俄罗斯继承了前苏联建立的钛及钛合金体系,主要服务于航空、航天、舰船和核工业,建立的材料及热理标准体系由于设计理念的差别,与美国建立的钛及钛合金热处理标准体系有区别,主要用于前苏联地区及引进俄罗斯钛及钛合金体系的国家。在产品标准中一般不涉及单独的热处理制度,建立的钛及钛合金热处理体系完整、通用性强;工艺过程具体、操作性好;原理与工艺实践并重[6]。

日本钛及钛合金体系主要服务民用市场,如化工、建材等领域,体系独特性明显,以耐蚀性材料为主,多为纯钛和低合金化钛合金。热处理标准多为企业内部制定,与钛及钛合金加工材体系相配套。

2.2 钛及钛合金热处理标准体系发展趋势

钛及钛合金热处理标准是严格生产工艺条件的技术文件,是实现热处理生产全面管理的有力措施。世界各主要钛生产国热处理标准的制修订均有以下发展趋势:

1)强化钛及钛合金热处理基础标准。从热处理设备、仪器仪表控温精度、热处理介质质量、热处理质量检验、统一的热处理术语、与工艺匹配且有经济性的经验工艺制度等角度建立完善的热处理标准体系。

2)强调人员的技术水平,制定相应的人员资质认定标准。

3)注重管理水平。依据连续的热处理质量管理数据(如温度、硬度、废品率统计记录等)评定现有的管理水平是否满足钛及钛合金热处理要求。

3、存在问题

随着航空、航天、化工等行业用钛量急剧攀升,国内钛加工材生产商已将钛及钛合金热处理作为产品质量控制重点,但还存在很多问题。

1)热处理设备制造水平与发达国家相比有较大差距,对钛及钛合金热处理质量整体提升造成阻碍。

2)先进热处理工艺(如表面热处理工艺等)的普及程度较低,无相关标准支撑,导致关键钛零件的使用寿命和可靠性不稳定。

3)与钛及钛合金热处理配套的技术、管理标准还有待完善。

4)国内钛及钛合金热处理专用标准包含的牌号少,更新速度慢,且无法覆盖产品标准中的热处理制度及种类,需要进一步整合资源,提升标准的适用性及通用性。

5)我国钛及钛合金多由国外引进或仿制,欠缺对热处理与工艺匹配基础性研究;同时我国工业级海绵钛有追逐低杂质含量趋势,导致近十年来部分纯钛加工产品为符合产品标准的性能,热处理制度逐步在突破早期的经验温度范围。

4、展望

我国现已建立的钛及钛合金热处理专用标准和通用性基础标准,使钛及钛合金热处理实行全面质量管理有章可循,为热处理质量达到国际水平奠定了基础。

但还存在钛及钛合金热处理基础性研究欠缺、从事标准化人员少、标准更新周期长、热处理质量检测手段不够完善等困难,未来还需开展以下工作:

1)加强钛及钛合金热处理对材料组织、性能等影响的基础性研究。

2)加速采用国际标准和国外先进标准。及时修订标龄过长的钛及钛合金热处理标准,适应市场的需求。

3)强化热处理基础标准的贯彻实施,促进以生产、安全、环境、卫生、质量为一体的钛及钛合金热处理标准体系建立。

4)进一步做好标准宣贯工作,培训更多的热处理标准化工作人员,促进行业的发展。

参考文献:

[1]刘奇先,刘杨,高凯.钛合金的研究进展与应用[J].航天制造技术,2011(4):45-55.

LiuQixian,LiuYang,GaoKai.Researchprogressandapplicationoftitaniumalloys[Jj.AerospaceManufacturingTechnology,2011(4):45-55.

[2]赵永庆,洪权,葛鹏.钛及钛合金金相图谱[M].长沙:中南大学出版社,2011.

[3]GB/T6611—2008,钛及钛合金术语和金相图谱[S].

[4]HB/Z137—2014,钛及钛合金热处理[S].

[5]张小明•钛的热处理[J]•稀有金属快报,2005,24(6):4142.

[6]袁文明.俄罗斯航空热处理标准体系分析[J].航空标准化与质量,2010(5):15-18.

YuanWenming.HeattreatmentstandardsysteminRussiaaviationindustry[J].AeronauticStandardization&Quality,2010(5):15-18.

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