钛合金钛棒钛锻件TC4钛棒TC11钛棒TA9钛棒的热处理
航天钛合金工业QJ 1993-1990标准
航天钛合金工业QJ 1993-1990标准
1、主题内喜与适用范国
本标准规定了钛及钛合金热处理的设备、种类,工艺规范,操作注意事项、质量检验等有关要求
本标准适用于GB3620中所规定的钛及似合金零件的热处理
2、引用标准
GB3620钛及钛合金牌号和化学成分
GB6611钛及钛合金术语
QJ1428热处理炉温控制与测量
QJ1573钛合金化学酸洗生产说明书
3、分类
钛及钛合金按退火状态的组织分类(见表1)
4、设备
4.1钛及钛合金热处理宜优先果用真空炉或情性气氮(氩气,氮气)炉,其气氛据点应低于-20℃也可采用保温或密封性良好的空气电阻炉、严禁采用还原性气氛、吸热性气氛的炉子。
序号
类别 牌号 备注
1
α钛合金 TA1、TA2、TA3 不可热处理强化
β钛合金 TA5、TA6、TA7、TA8
序号
类别 牌号 备注
2 β钛合金 TB2 可热处理强化
3
α-β钛合金 TC1、TC2 近α型合金只做退火处理
TC3、TC4、TC6、TC7、TC9、TC10 可热处理强化
4.2炉工作区域的温度均匀性及测控仪表的精度应达到QJ1428中的Ⅲ类或Ⅲ类以上加热炉的规定,并应按上述标准的要求,定期进行检验
4.3配置尺寸适宜的水槽或油槽,并能附设循环冷却装置及温度指示器
4.4配备适用的吊具、夹具等工艺装置
5、热处理种类及目的
钛合金钛棒钛锻件TC4钛棒TC11钛棒TA9钛棒通常采用的热处理种类有:退火、固溶处理和时效
5.1钛合金棒退火
退火分为:消除应力退火、再结晶退火、阶段处理、等温退火和去氢退火等
5.1.1钛合金棒消除应力退火
可减少或消除冷加工和焊接工艺过程中产生的应力,避免零件由于残余应力而引起服役中的变形及开裂。可使零件的尺寸和性能比较稳定
5.1.2钛合金棒再结晶退火
可消除零件变形后产生的加工硬化,稳定组织,降低强度,提高塑性,充分恢复成形能
5.1.3钛合金棒阶段处理
可使零件获得与再结晶退火相同的综合效果,提高热强性及组织稳定性,断裂韧性也得到改善
5.1.4钛合金棒等温退火
可使零件获得高塑性、低强度及最大组织稳定性
5.1.5钛合金棒去氢退火
消除氢脆
5.2钛合金棒固溶处理
钛棒固溶处理能得到亚稳定组织,为时效强化创造必要的条件时效使固溶处理后的钛合金得到强化,获得良好的综合性能
6、工艺规范
6.1钛合金钛棒钛锻件TC4钛棒TC11钛棒TA9钛棒退火工艺规范
6.1.1钛合金钛棒钛锻件TC4钛棒TC11钛棒TA9钛棒消除应力退火和再结品退火工艺规范见表2
6.1.2钛合金钛棒钛锻件TC4钛棒TC11钛棒TA9钛棒等温退火和阶段处理工艺规范见表3
6.1.3钛合金钛棒钛锻件TC4钛棒TC11钛棒TA9钛棒退火温度、保温时间可根据零件原材料状态、截面尺寸和变形程序选取。为使氧化污染降至最低程度,温度尽可能低,时间尽可能短。具体规定如下:
a板材、半制品的退火温度宜选用下限,檸材、锻件的退火温度宜选用中,上限;
b.按表2、表3中的公式计算保温时间时,壁厚大于S0mm的零件应适当减小,附带工艺装备的零件应适当增加,
6.1.4a-β钛合金的再结品退火也可采用每小时小于150℃的速度炉冷至530℃,再出炉空冷至室温
6.1.5去氢退火的温度与再结品退火相同,保温时间可根据吸氢程度、零件厚度等在0.5~3h之间选取,其真空度不低于133×10Pa。
牌号 消除应力退火 再结晶退火
温度℃ 保温时间h 冷却介质 温度℃ 保温时间min 冷却介质
TA1 450~600 0.5~5
空冷 680~710 T=15+AD
空冷
TA2
TA3
TA5 500~600
750~850
TA6
TA7 530~650
720~850
TA8 750~800
TB2 500~650
牌号
消除应力退火 再结晶退火
温度℃ 保温时间h 冷却介质 温度℃ 保温时间min 冷却介质
TC1 520~560 0.5~5
空冷 700~750
T=15+AD 空冷
TC2 550~580
TC3 600~640 750~800
TC4 500~650 700~840
TC6 550~650
750~850
TC7 800~900
TC9
750~800
TC10 540~600 710~810
表2
牌号 工艺方法 退火温度℃ 保温时间min 冷却方式 等温阶段温度℃ 保温时间h 冷却方式
TC4
等温退火
930~950 T=15+AD 冷却 630~650 1~3
空冷
阶段退火 空冷 650~680
TC6
等温退火
860~880 冷却 640~660
阶段退火 空冷 530~550
TC9
等温退火
940~960
冷却 550~580
阶段退火 空冷 530~550
表3
注:1)直接较人等温炉内或者将退火炉门打开快速冷至等温温度;
2)T—保温时间,min
3)A-保温附闻系数,lmin/mm
4)D-零件最大厚度,mm
6.1.6各种牌号钛及钛合金的相变温度、再结晶温度可参考附录B(参考件)中表B1
6.2固溶处理工艺规范
6.2,1固溶处理工艺规范见表4
6.2.2影响固溶处理质量的主要因素是固溶温度、保温时间、转移时间和冷却方式,具体规定如下:
a对β相稳定元素含量较少,强度要求高的零件及棒材、锻件,固溶温度宜选用上限;对β相稳定元素含量较多,塑性要求好的零件及各种板材,固溶温度宜选用下限
b.为达到充分固溶又减小氧化污染,保温时间应尽可能短。棒材、锻件应选用大的保温时间系数,板材及半制品选用小的保温时间系数;
c,转移时间尽可能短,一般情况下,厚度小于2mm的薄件不应超过4(TB2合金除外),其它零件不应超过15s;
d.若能达到零件性能要求对于易变形的薄件,a-B钛合金允许油中冷却,B钛合金允许空气中冷却;
e.淬火后水温应不超过40℃
注淬火见GB6611钛及钛合金术语
6.2.3为减小变形和污染,固溶处理前的零件可在600~650℃进行预热
6.2.4同一零件的固溶处理次数不得超过二次,重复处理的保温时间可适当缩短。
6.2.5一般情况下,焊接件不推荐固溶处理
6.3时效工艺规君
6.3.1时效工艺规范见表4。
牌号 固溶时效 时效
温度C 保温时间min 冷却介质 温度C 时间h 冷却介质
TB2 750~820 T=(5~8)+AD 水冷
450~500
8~16 空冷
TC3 850~870 4~6
TC4 900~950 500~650 2~6
TC6 840~860 500~580
TC9 890~920 500~600 1~6
TC10 850~900 510~600 4~8
表4
注T- 保温时间,min
A- 保温时间系数,2~3min/mm
D- 零件最大厚度、mm
6.32时效温度和时间要合理选取,时效温度取下限时,时效时间则应取中上限;反之亦然。为获得较高的热稳定性、熟强性及断裂韧性时,时效温度和时间都应取上限
6.3.3淬火和时效的间隔时间不作规定,
63.4时效可与淬火后热校形一道进行。温度和时间按时效工艺规范选取
63.5经过固溶时效的零件,为了消除机加应力,可进行补充时效,补充时效的温度要稍低于原时效温度,保温时间为1~4b
7 、 操作注意响项
7.1钛合金钛棒钛锻件TC4钛棒TC11钛棒TA9钛棒待热处理零件、试样和工艺装备的表面不应有危害零件质量的水,油污、卤素化合物低熔点金属等任何其它杂物。与零件接触的工艺装备表面,还不应有易剥落的氢化皮。
7.2生产所用的炉子以及工艺装备,使用前应初底清理和烘干,惰性气氛炉在升温前可采取预抽真空和通入隋性气体,以排净炉内的有害气体
7.3进行固溶处理时,除了惰性气氛炉和真空炉外,其它炉子均应到温装炉,装炉零件的数量和放置,应能保证在最短时间内使零件均匀地达到规定的温度范围
7.4尺寸相差悬殡的不同零件应避免同炉处理,以防薄壁零件加热时间过长
7.5同炉次零件有不同截面厚度时,应按最大截面厚度计算保温时间
7.6在高温加热时,为防止形状复杂的零件和薄壁零件翘曲交形,应采用必要的工艺装备
7.7采用真空炉或惰性气氛炉进行各种退火、时效时,需随炉冷却到20C以下,方可停机停气取出零件空冷。
7.8采用空气电阻炉进行高温加热时,零件表面应涂保护涂料
7.9热处理后受污染的零件,可采用机械加工或化学锐切方法去除基底金属污染层,具体规定如下:
a依据每道工序所采用的温度,时间,参照附录A(参考件)中表A1,确定相应的最小深度基底金属去除量;
b.依据多道热处理工序所采用的量高温度,累计保温时间参照附录A(参考件)中表
A1确定总的最小深度基底金属去除量。去除工序可在最后一道热处理完成后进行,
7.10去除零件表面的氧化皮,可采用喷砂等机械方法或按QJ1573进行化学酸洗
8、质量检查
8.1钛合金钛棒钛锻件TC4钛棒TC11钛棒TA9钛棒检查操作者的操作过程和执行工艺规范的正确性
8.2对表面质量要求高的零件,应百分之百地检查零件表面有无划伤、碰伤等
8.3对机械性能进行检验应符合有关技术文件
8.4按技术文件验收对吸气污染有严格要求的零件,
9.技术安全
9.1操作者应严格守操作规程
9.2按本标准要求结合单位实际情况制汀相应的技术安全措施
附录
基底金属污染层去除
钛及钛合金相变温度、再结晶温度