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09B19热处置工艺标准

Q/HST

沈阳和世泰通用钛业有限公司

公司标准

09–B-19

热处理工艺规范

版本/修改次数：

A/0

受控状态：

发放编号：

2013-06-10发布

2013-08-02实施

沈阳和世泰通用钛业有限公司发布

热处理工艺规范09-B-19A/0版

编制、审核、批准页

编制：

日期：

审核：

日期：

批准：

日期：

热处理工艺规范

文件编号：

09–B-19

版次：

A/0

发布日期：

2013-06-10

1范围

本标准规定了钛及钛合金热处置所用的设备、工艺参数及质量操纵等。

本标准适用于钛及钛合金制品的热处置。

钛及钛合金零件的热处置可参照利用。

2标准性引用文件

GB/T228金属材料拉伸实验

GB/T232金属材料弯曲实验方式

GB/T海绵钛、钛及钛合金化学分析方式真空加热气相色谱法测定氢量

GB/T6611钛及钛合金术语及金相图谱

GB/T9452热处置炉有效加热区测定方式

GB/T电热设备的实验方式通用部份

GB/T10624高纯氩

GJB509A-1995热处置工艺质量操纵要求

GB/T23605钛合金β转变温度测定方式

3术语和概念

GB/T6611确立的以下及以下术语和概念适用于本标准。

制品

材料和半成品的通称，如薄板、厚板、棒材、线材、管材、锻件、铸件等。

工件

制品和零件的通称。

炉料

热处置炉中被加热工件的总称。

4总那么

热处置采纳的所有设备和工艺应保证氧、氮、氢、碳对工件的污染程度最低，并保证处置后的工件知足定货文件的要求。

也可采纳能知足上述要求的其他工艺，但需征得需方同意。

5设备和介质

加热设备

5.1.1空气炉

用电热元件加热的炉子，炉内气氛应为弱氧化性气氛。

5.1.2真空炉

5.1.2.1真空炉一样采纳冷壁辐射电热元件加热。

5.1.2.2真空炉内的真空工作压强应不大于×10-2Pa。

当温度超过750℃时，一样将真空压强操纵在不小于2×10-3Pa，或采纳高纯氩气进行分压操纵。

5.1.2.3真空炉空炉状态的压升率应不大于h，压升率的查验应按GB/的规定执行。

5.1.2.4进行过真空钎焊的热处置炉不宜用于钛合金的真空热处置。

5.1.3炉温均匀度或炉温散布

炉温均匀度或炉温散布应按GB/T9452中的有关规定进行检测，间歇式炉和持续式炉有效加热区内的温度许诺误差应不超出表1的规定范围。

表1热处置炉有效加热区内温度许诺误差单位为摄氏度

热处理种类

有效加热区温度允许偏差

控制允许偏差

备注

退火

连续式炉

±15

±5

—

间歇式炉

±10a

±5

GJB509A—1995中的Ⅲ类炉

β（或β固溶处理）

±10

±5

去应力退火

±10

±5

固溶处理

±10

±5

时效

±5

±

GJB509A—1995中的Ⅱ类炉

a大型真空退火炉有效加热区内温度允许偏差为±15℃。

加热介质

5.2.1炉内气氛

5.2.1.1用间隙是炉或持续式炉加热时，炉内能够是真空，也能够是空气气氛。

5.2.1.2在不能对炉料表面的污染进行清理时，炉料应在惰性气体或真空中加热。

温度测量设备

热处置用的温度测量设备符合GJB509A—1995中的有关规定。

炉温测量系统准确度的检测和仪表的校准应按GJB509A—1995的规定进行。

辅助设备

5.4.1支架、夹具、托盘和通风装置等应保证每一炉料均能按本标准进行热处置。

5.4.2所有与炉料接触的托盘、支架或夹具一样由耐热金属制成，如不锈钢或镍基合金，也可由陶瓷材料或其它不与炉料发生反映的材料制成。

5.4.3在加热和淬火进程中，夹具应保证炉料周围的加热介质和淬火介质均能自由流动，并尽可能减小炉料的变形。

6热处置前的预备

表面清理

热处置前，应完全清除工件和夹具表面的润滑油脂、卤化物和其他有害的外来物。

炉内清洗和清理

6.2.1概述

6.2.2空气炉

应在装炉前清理。

炉料冷态或热态装炉都可。

6.2.3真空炉

应在装炉前清理，必要时可带随炉查验试样。

炉内真空工作压强应尽可能低，至少不大于×10-2Pa。

7热处置工艺参数

概述

除产品标准或定货文件还有规定外，各类热处置的工艺参数（如加热温度、保温时刻等）等应符合本标准的规定。

保温时刻一样从控温仪表显示的有效加热区最低温度达到规定的热处置温度时开始计算，有特殊要求时，按有关规定执行。

β转变温度

β转变温度是确信钛合金处置工艺参数的重要依据，各类钛合金的名义β转变温度见表2。

每批工件的β转变温度可能与表2所列的温度值不同。

当规定固溶处置的加热温度为β转变温度以上或以下必然温度时，那么应按GB/T23605或其他方式测定该批工件的β转变温度。

表2钛及钛合金的β转变温度（Tβ）

合金类型

合金牌号

名义成分

名义β转变温度℃

工业纯钛

TA0、TA0-1

Ti

890

TA1、ZTA1

Ti

900

TA2

Ti

910

TA3

Ti

930

α

TA5

Ti—4Al—

990

TA6

Ti—5Al

1010

TA7、ZTA7

Ti—5Al—

1010

TA7ELI

Ti—5Al—

1000

TA9

Ti—

910

TA10

Ti——

900

TA11

Ti—8Al—1Mo—1V

1040

TA12

Ti——4Sn—2Zr—1Mo——1Nd

1005

TA13

Ti—

895

TA15

Ti——2Zr—1Mo—1V

1000

TA15—1

Ti———1Mo—1V

915

TA15—2

Ti—4Al——1Mo—1V

965

TA16

Ti—2Al—

930

TA18

Ti—3Al—

935

TA19

Ti—6Al—2Sn—4Zr—2Mo

995

TA20

Ti—4Al——3V

940

TA21

Ti—1Al—1Mn

890

TC1

Ti—2Al—

930

TC2

Ti—4Al—

940

ZTA5

Ti—4Al

990

ZTA15

Ti—6Al—2Zr—1Mo—1V

995

α-β

TC3

Ti—5Al—4V

965

TC4、ZTC4

Ti—6Al—4V

995

TC6

Ti—6Al————

970

TC9

Ti————

1000

TC10

Ti—6Al—2Sn—6V——

955

TC11

Ti————

1000

TC16

Ti—3Al—5Mo—

860

TC17

Ti—5Al—2Sn—2Zr—4Mo—4Cr

885

TC18

Ti—5Al—5Mo—5V—1Cr—1Fe

870

ZTC3

Ti—5Al—2Sn—5Mo——

980

ZTC5

Ti————3Mo——1Cu—

940

β

TB2

Ti—5Mo—5V—8Cr—3Al

750

TB3

Ti—10Mo—8V—1Fe—

750

TB5

Ti—15V—3Cr—3Sn—3Al

760

TB6

Ti—10V—2Fe—3Al

800

TB8

Ti—15Mo——3Al—

815

退火

7.3.1退火一般是指一般退火、双重退火和等温退火等。

一般退火是在合金的β转变温度以下20℃~250℃的温度下加热后空冷；等温退火是在一般退火的空冷后，再在合金的β转变温度下250℃~450℃的温度加热后空冷；等温退火是在合金的β转变温度以下20℃~160℃的温度下加热，随后转移到（或炉冷到）合金的β转变温度以下350℃~450℃的炉中保温空冷。

7.3.2退火所采纳的加热温度应参照表3的规定，保温时刻可依照工件的最大截面厚度从表3当选取，也可参考表4选取。

表3退火制度

合金类型

合金牌号

板材、带材、箔材积管材

棒材、线材、锻件及铸件

加热温度

℃

保温时间

min

冷却方式

加热温度

℃

保温时间

min

冷却方式

工业纯钛

TA0，TA1,TA2,TA3

630~815

15~120

空冷或更慢冷

630~815

60~120

空冷或更慢冷

520~570

15~120

空冷或更慢冷

TA0—1（焊丝）

—

—

—

650~750

60~240

真空炉冷

α

α

TA5

750~850

10~120

空冷

750~850

60~240

空冷

TA6

750~850

10~120

空冷

750~850

60~240

空冷

TA7

750~850

10~120

空冷

750~850

60~240

空冷

TA7ELI

750~850

10~120

空冷

750~850

60~240

空冷

TA9

600~815

15~120

空冷或更慢冷

600~815

60~20

空冷或更慢冷

TA10

600~815

15~120

空冷或更慢冷

600~815

60~120

空冷或更慢冷

TA11

760~815

60~480

Aa

900~1000

60~120

Bb

TA12

—

—

—

Tβ-（15~30）

60~120

Cc

Tβ-（30~50）

60~120

Dd

TA13

780~800

10~60

空冷

780~800

60~120

空冷

TA15

700~850

15~120

空冷或更慢冷

700~850

60~240

空冷

TA15-1（焊丝）

—

—

—

650~750

60~240

真空炉冷

TA15-2（焊丝）

—

—

—

650~750

60~240

真空炉冷

TA16（管材）

600~815

15~120

真空炉冷

—

—

—

TA18

600~815

30~120

空冷或更慢冷

600`815

60~180

Ee

TA19

870~925

Ff

Tβ-（15~30）

60~120

Ee

Ee

TA20（焊丝）

—

—

—

700~750

60~180

真空炉冷

TA21

600~770

15~120

空冷或更慢冷

600~770

60~120

空冷或更慢冷

TC1

640~750

15~120

空冷或更慢冷

700~800

60~120

空冷或更慢冷

TC2

660~820

15~120

空冷或更慢冷

700~820

60~120

空冷或更慢冷

ZTA7

—

—

—

900~920g

120~180

炉冷

ZTA15

—

—

—

900~940g

120~180

炉冷

α-β

TC3

700~850

15~120

空冷或更慢冷

700~850

60~120

空冷或更慢冷

TC4h

700~870

15~120

Gi

700~850

60~120

空冷或更慢冷

TC6

—

—

—

800~850j

60~120

空冷

870~920

60~120

Hk

TC9

—

—

—

950~980

60~120

I1

TC10

710~850

15~120

空冷或更慢冷

710~850

60~120

空冷

TC11

—

—

—

950~980

60~120

I1

TC16

680~790

15~120

I1

770~790m

60`120

Jn

TC18

740~760

15~120

空冷

820~850

60~180

Ko

ZTC3

—

—

—

910~930g

120~210

炉冷

ZTC4

—

—

—

910~930g

120~180

炉冷

ZTC5

—

—

—

900~920g

120~180

炉冷

注：

Tβ表示相应的β转变温度。

a炉冷至480℃以下——双重退火要求第二阶段在790℃保温15min，空冷。

b空冷或更快冷，随后在595℃保温8h，空冷。

c空冷后再在600℃保温2h，空冷。

d空冷后再在[Tβ-（50~70）]℃保温1h~2h，空冷；再在600℃保温3h~5h，空冷。

e空冷后再在595℃保温8h，空冷（TA18合金线材真空炉冷）。

f空冷后再在790℃保温15min，空冷。

g热等静压处理，压强为100Mpa~140Mpa，炉冷至300℃以下。

ZTC5合金在经过540℃~580℃保温8h，空冷。

h当TC4合金的在结晶退火用于提高断裂韧度时，通常采用以下制度：

在β转变温度以下15℃~30℃保温1h~4h，空冷或更慢冷；再在705℃~760℃保温1h~2h，空冷。

i空冷或更慢了。

当对TC4合金规定进行双重退火（或固溶处理或退火）时，退火处理制度为：

在β转变温度以下15℃~30℃保温1h~2h，空冷或更快冷；再在705℃~760℃保温1h~2h，空冷。

j800℃~850℃普通退火适用于在300℃以下工作5000h的截面厚度不大于90mm的飞机结构件。

k冷却方式根据截面厚度选择：

——截面厚度不大于20mm采用等温退火：

炉冷至550℃~650℃的另一炉中，保温2h，空冷；

——截面厚度不大于20mm~50mm采用等温退火：

转移到炉温为550℃~650℃的另一炉中，保温2h，空冷;

——截面厚度不大于50mm采用双重退火：

空冷后在550℃~600℃保温2h~5h，空冷。

1空冷后再在530℃~580℃保温2h~12h，空冷。

m可根据使用要求，经使用后适当调整。

n以2℃/min~4℃/min的速度炉冷至550℃（在真空炉中不大于500℃），然后空冷。

o复杂退火：

炉冷至740℃~760℃保温1h~3h，空冷；再在500℃~650℃保温2h~6h，空冷。

表4截面尺寸与保温时刻之间的一半对应关系

最大截面厚度

mm

保温时间

min

≤3

15~25

>3~6

>25~35

>6~13

>35~45

>13~20

>45~55

>20~25

>55~65

>25

在厚度为25mm、保温60min的基础上，每增加5mm最少增加10min

β退火

β退火是在合金的β转变温度以上适当的温度进行的退火。

对α-β合金，假设规定进行β退火（或β固溶处置），那么应在该合金处置批工件测定的β转变温度以上30℃±15℃下加热并保温30min以上。

保温后，工件应在空气或惰性气体中冷却至环境温度，不许诺随炉冷却。

除合同规定外，不许诺水淬。

假设规定水淬，对TC4合金工件水淬后还应该在730℃~760℃保温1h~3h，进行第二次退火。

去应力退火

7.5.1除β合金制成的工件在固溶处置后尚未时效的状态下不该该进行去应力退火外，其它工件可采纳低于再结晶温度的去应力退火，以排除由于工件的机械加工、板材冲压、焊接和铸造等形成的内应力。

7.5.2去应力退火所采纳的温度和时刻应参照表5的相应规定；时效后工件的去应力退火应在比时效温度低30℃的温度下进行。

去应力退火冷却时，工件应在空气或惰性气体中冷却或随炉冷却。

表5去应力退火制度

合金类型

合金牌号

加热温度℃

保温时间min

工业纯钛

TA0,TA1,TA2,TA3

445~595

15~360

ZTA1

600~750

60~240

α

α

TA5

500~600

15~240

TA6

550~600

15~360

TA7

540~650

15~360

TA7ELI

540~650

15~360

TA9

480~600

15~240

TA10

480~600

15~240

TA11

595~760

15~240

TA12

500~550

60~300

TA13

550~650

30~120

TA15

550~650

30~360

TA16

500~600

30~360

TA18

370~595

15~240

TA19

480~650

60~240

TA21

480~580

30~360

TC1

520~580

30~360

TC2

545~600

30~360

ZT5

550~750

60~240

ZTA7

600~800

60~240

ZTA15

600~800

60~240

α-β

α-β

TC3

550~650

60~360

TC4a

480~650

60~360

TC6

530~620

30~360

800~850b

60~180

TC9

530~580

30~360

TC10

540~600

30~360

TC11

530~580

30~360

TC16

550~650

30~240

TC17

480~650

60~240

TC18

600~680

60~240

ZTC3

620~800

60~240

ZTC4

600~800

60~240

ZTC5

550~800

60~240

β

TB2

650~700

30~60

TB3

680~730

30~60

TB5

680~710

30~60

TB6

675~705

30~60

TB8

680~710

30~60

对于已固溶处理且时效强化的或经双重退火的钛合金，去应力退火应小心进行，加热温度不应超过时效温度或第二阶段退火温度。

a去应力退火可以在760℃~790℃与热成形同时完成。

b用于焊接后的去应力退火。

固溶处置

7.6.1固溶处置由在β相存在的温度下加热和从该温度的快速冷却（淬火）组成。

关于α-β合金，淬火前的加热在α+β区的温度下进行；关于β合金，淬火前的加热大多在高于β转变温度或α+β区上部的温度下进行。

7.6.2固溶处置的加热温度应参照表6的规定，保温时刻可依照工件的最大截面厚度从表6当选取，也能够参考表4选取。

表6固溶处置制度

合金类型

合金牌号

板材。

带材及箔材

棒材、线材、锻件

冷却方式b

加热温度

℃

保温时间

min

加热温度

℃

保温时间b

min

α

TA11

—

—

900~1010

20~90

空冷或更快冷

TA13

780~850

10~60

780~815

30~240

空冷或更快冷

TA19

815~915

2~90

900~980

20~120

空冷或更快冷

α-β

TC4

890~970

2~90

890~970

20~120

空冷或水淬

TC6

—

—

840~900

20~120

水淬

TC9

—

—

920~940

20~120

水淬

TC10

850~900

2~90

850~900

20~120

水淬

TC11

—

—

920~940

20~120

水淬

TC16

—

—

780~830

90~150

水淬

TC17

—

—

790~815

20~240

水淬

TC18

—

—

720~780c

60~180

水淬

β

TB2

750~800

2~30

750~800

10~30

空冷或更快冷

TB3

—

—

750~800

10~30

空冷或更快冷

TB5

760~815

2~30

760~815

10~90

空冷或更快冷

TB6

—

—

705~775

60~120

水淬d

TB8

815~900

3~30

—

—

空冷或更快冷

—

—

Tβ-（10~60）

60~120

水淬d

a某些特殊锻件可能需要较长的保温时间。

采用接在炉料上的热电偶精确测定保温时间时，可选取较短的保温时间

b使用真空热处理设备时，可在惰性气体中冷却以代替空冷。

c对于复杂形状的TC18合金半成品和工件，为了尽量减少不同截面的强度差别，推荐以下制度：

810℃~830℃，保温1h~3h，炉冷至720℃~780℃，保温1h~3h，水淬，并参照表9的制度时效。

d直径或厚度不大于25mm时，允许空冷。

7.6.3固溶处置的冷却方式应参照表6的规定。

除许诺在空气或惰性气体中冷却的意外，所有可热处置强化的钛合金工件都应完全浸入水或油中淬火，但薄板、厚板或带材那么应采纳喷射的水雾或水流淬火。

淬火延迟时刻不得超出表7或表8的规定。

表7钛合金最长淬火延迟时刻

最小截面厚度mm

最长延迟时间s

≤

6

>~

10

>~25

15

>25

30

注1：

淬火延迟时间是指从炉门打开直到工件的最后一角浸入淬火剂的、所用的时间。

注2：

表中给出的淬火延迟时间不包括TC4合金。

表8TC4合金最长淬火延迟时刻

最小截面厚度

mm

最长延迟时间

S

≤6

6

<6~25

8

>25

10

注：

淬火延迟时间是指从炉门打开直到工件的最后一角浸入淬火剂所用的时间。

7.6.4表6所列的保温时刻和冷却方式是基于对不同直径圆截面试样的利用结果得出的。

时刻应历时可将工件横截面类比未具有一样冷却湿度的某一等效圆。

时效

固溶处置后应参照表9的规定进行时效处置。

时效后，工件应在空气或惰性气体中冷却或随炉冷却。

表9时效制度

合金类型

合金牌号

时效温度

℃

保温时间

H

α

TA11

540~620

8~24

TA13

400~430

8~24a

TA19

565~620

2~8

α-β

α-β

TC4

480~690

2~8

TC6

500~620

1~4

TC9

500~600

1~6

TC10

510~600

4~8

TC11

500~600

1~6

TC16

500~580

1~10

TC17

480~685

4~8

TC18

480~600

4~10

β

TB2

450~550

8~24

TB3

500~550

8~16

TB5

480~675

2~24

TB6

480~620

8~10

TB8

540~680

~

670~700

~

a空冷后在进行第二阶段时效：

475℃保温8h，空冷。

b空冷或炉冷后在进行第二次阶段时效：

650℃保温8h，空冷或炉冷。

适用于有高温（550℃以下）性能要求的材料。

8查验

周期查验

除合同或定单还有规定外，应按以下规定进行周期查验：

a）除每一个热处置炉批进行过度析或在真空或惰性气体爱惜中加热的意外，按期检查氢的灵敏度或污染情形；

b）按期检查真空炉或惰性气体炉热处置工件的表面污染情形，以探查可能显现的泄漏；

c）按GJB509A