鈦及鈦合金熱處理標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

鈦是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來(lái)的一種重要結(jié)構(gòu)金屬，具有密度低、比強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐高溫、無(wú)磁等優(yōu)良性能，及形狀記憶、超導(dǎo)、儲(chǔ)氫、生物相容性4大功能，被廣泛應(yīng)用在航空、航天、艦船、兵器、核、化工、海水淡化、醫(yī)療器械、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防工業(yè)中占有重要的地位和作用[1]。

為優(yōu)化鈦及鈦合金材料的組織和性能，熱處理被視為鈦材生產(chǎn)中的關(guān)鍵工序。鈦及鈦合金在熱處理中存在馬氏體相變不會(huì)引起合金顯著變化、有可能形成脆性w相、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變難以細(xì)化晶粒、導(dǎo)熱性差、化學(xué)活性大、β相轉(zhuǎn)變溫度差異大、在β區(qū)加熱時(shí)β晶粒長(zhǎng)大傾向性大等特點(diǎn)[2]，鈦及鈦合金的熱處理必須結(jié)合化學(xué)成分及歷史加工工藝進(jìn)行，才能獲得所需組織和性能。選擇適宜的鈦及鈦合金熱處理標(biāo)準(zhǔn)及工藝,成為鈦及鈦合金產(chǎn)品獲得滿(mǎn)足使用用途的組織和性能最佳匹配關(guān)系的重要環(huán)節(jié)。

1、鈦及鈦合金熱處理分類(lèi)

鈦及鈦合金熱處理主要分為改善組織及綜合性能的熱處理、表面熱處理和擴(kuò)散熱處理3類(lèi)，具體見(jiàn)表1。

2、鈦及鈦合金熱處理標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

2.1鈦及鈦合金熱處理標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

我國(guó)的鈦工業(yè)進(jìn)程起步較晚，主要通過(guò)仿制國(guó)外材料并進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化建立了相應(yīng)的鈦及鈦合金體系，因此對(duì)于實(shí)際應(yīng)用的鈦及鈦合金熱處理制度是在國(guó)外相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)實(shí)際熱處理設(shè)備狀況和應(yīng)用需求逐漸摸索并確定的，之后逐步通過(guò)規(guī)范實(shí)現(xiàn)了鈦及鈦合金熱處理標(biāo)準(zhǔn)化的雛形。相對(duì)于鈦及鈦合金產(chǎn)品的發(fā)展，建立的鈦及鈦合金專(zhuān)用熱處理標(biāo)準(zhǔn)中涉及的牌號(hào)少、覆蓋產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域不全面，導(dǎo)致鈦及鈦合金采用的熱處理制度主要以鈦及鈦合金產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中推薦的熱處理制度為主。目前我國(guó)鈦及鈦合金產(chǎn)品選用的熱處理制度和依據(jù)主要為中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)及俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)，涉及的主要熱處理專(zhuān)用標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2;典型合金的熱處理制度見(jiàn)表3;熱處理通用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表4。

美國(guó)鈦及鈦合金體系的建立，主要面向航空、航天工業(yè)，制定了專(zhuān)用的鈦及鈦合金熱處理標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)美國(guó)涉及的鈦及鈦合金牌號(hào)熱處理均包含在其熱處理標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，且標(biāo)準(zhǔn)的更新速度較快；同時(shí)配合美國(guó)宇航標(biāo)準(zhǔn)AMS等產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的熱處理制度及要求,滿(mǎn)足了專(zhuān)用及通用鈦及鈦合金材料的熱處理需求。

俄羅斯繼承了前蘇聯(lián)建立的鈦及鈦合金體系，主要服務(wù)于航空、航天、艦船和核工業(yè)，建立的材料及熱理標(biāo)準(zhǔn)體系由于設(shè)計(jì)理念的差別，與美國(guó)建立的鈦及鈦合金熱處理標(biāo)準(zhǔn)體系有區(qū)別，主要用于前蘇聯(lián)地區(qū)及引進(jìn)俄羅斯鈦及鈦合金體系的國(guó)家。在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中一般不涉及單獨(dú)的熱處理制度，建立的鈦及鈦合金熱處理體系完整、通用性強(qiáng);工藝過(guò)程具體、操作性好;原理與工藝實(shí)踐并重[6]。

日本鈦及鈦合金體系主要服務(wù)民用市場(chǎng)，如化工、建材等領(lǐng)域，體系獨(dú)特性明顯，以耐蝕性材料為主，多為純鈦和低合金化鈦合金。熱處理標(biāo)準(zhǔn)多為企業(yè)內(nèi)部制定，與鈦及鈦合金加工材體系相配套。

2.2 鈦及鈦合金熱處理標(biāo)準(zhǔn)體系發(fā)展趨勢(shì)

鈦及鈦合金熱處理標(biāo)準(zhǔn)是嚴(yán)格生產(chǎn)工藝條件的技術(shù)文件，是實(shí)現(xiàn)熱處理生產(chǎn)全面管理的有力措施。世界各主要鈦生產(chǎn)國(guó)熱處理標(biāo)準(zhǔn)的制修訂均有以下發(fā)展趨勢(shì)：

1）強(qiáng)化鈦及鈦合金熱處理基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。從熱處理設(shè)備、儀器儀表控溫精度、熱處理介質(zhì)質(zhì)量、熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)、統(tǒng)一的熱處理術(shù)語(yǔ)、與工藝匹配且有經(jīng)濟(jì)性的經(jīng)驗(yàn)工藝制度等角度建立完善的熱處理標(biāo)準(zhǔn)體系。

2）強(qiáng)調(diào)人員的技術(shù)水平，制定相應(yīng)的人員資質(zhì)認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)。

3）注重管理水平。依據(jù)連續(xù)的熱處理質(zhì)量管理數(shù)據(jù)（如溫度、硬度、廢品率統(tǒng)計(jì)記錄等）評(píng)定現(xiàn)有的管理水平是否滿(mǎn)足鈦及鈦合金熱處理要求。

3、存在問(wèn)題

隨著航空、航天、化工等行業(yè)用鈦量急劇攀升，國(guó)內(nèi)鈦加工材生產(chǎn)商已將鈦及鈦合金熱處理作為產(chǎn)品質(zhì)量控制重點(diǎn)，但還存在很多問(wèn)題。

1）熱處理設(shè)備制造水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比有較大差距，對(duì)鈦及鈦合金熱處理質(zhì)量整體提升造成阻礙。

2）先進(jìn)熱處理工藝（如表面熱處理工藝等）的普及程度較低，無(wú)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)支撐，導(dǎo)致關(guān)鍵鈦零件的使用壽命和可靠性不穩(wěn)定。

3）與鈦及鈦合金熱處理配套的技術(shù)、管理標(biāo)準(zhǔn)還有待完善。

4）國(guó)內(nèi)鈦及鈦合金熱處理專(zhuān)用標(biāo)準(zhǔn)包含的牌號(hào)少，更新速度慢，且無(wú)法覆蓋產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中的熱處理制度及種類(lèi),需要進(jìn)一步整合資源，提升標(biāo)準(zhǔn)的適用性及通用性。

5）我國(guó)鈦及鈦合金多由國(guó)外引進(jìn)或仿制，欠缺對(duì)熱處理與工藝匹配基礎(chǔ)性研究；同時(shí)我國(guó)工業(yè)級(jí)海綿鈦有追逐低雜質(zhì)含量趨勢(shì)，導(dǎo)致近十年來(lái)部分純鈦加工產(chǎn)品為符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的性能,熱處理制度逐步在突破早期的經(jīng)驗(yàn)溫度范圍。

4、展望

我國(guó)現(xiàn)已建立的鈦及鈦合金熱處理專(zhuān)用標(biāo)準(zhǔn)和通用性基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，使鈦及鈦合金熱處理實(shí)行全面質(zhì)量管理有章可循，為熱處理質(zhì)量達(dá)到國(guó)際水平奠定了基礎(chǔ)。

但還存在鈦及鈦合金熱處理基礎(chǔ)性研究欠缺、從事標(biāo)準(zhǔn)化人員少、標(biāo)準(zhǔn)更新周期長(zhǎng)、熱處理質(zhì)量檢測(cè)手段不夠完善等困難，未來(lái)還需開(kāi)展以下工作：

1）加強(qiáng)鈦及鈦合金熱處理對(duì)材料組織、性能等影響的基礎(chǔ)性研究。

2）加速采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)。及時(shí)修訂標(biāo)齡過(guò)長(zhǎng)的鈦及鈦合金熱處理標(biāo)準(zhǔn)，適應(yīng)市場(chǎng)的需求。

3）強(qiáng)化熱處理基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的貫徹實(shí)施，促進(jìn)以生產(chǎn)、安全、環(huán)境、衛(wèi)生、質(zhì)量為一體的鈦及鈦合金熱處理標(biāo)準(zhǔn)體系建立。

4）進(jìn)一步做好標(biāo)準(zhǔn)宣貫工作，培訓(xùn)更多的熱處理標(biāo)準(zhǔn)化工作人員，促進(jìn)行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[5]張小明?鈦的熱處理[J]?稀有金屬快報(bào)，2005,24(6):4142.

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