鈦及鈦合金熱處理標準現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

鈦是20世紀50年代發(fā)展起來的一種重要結(jié)構(gòu)金屬，具有密度低、比強度高、耐腐蝕、耐高溫、無磁等優(yōu)良性能，及形狀記憶、超導、儲氫、生物相容性4大功能，被廣泛應用在航空、航天、艦船、兵器、核、化工、海水淡化、醫(yī)療器械、環(huán)境保護等領(lǐng)域，在國民經(jīng)濟發(fā)展和國防工業(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)變難以細化晶粒、導熱性差、化學活性大、β相轉(zhuǎn)變溫度差異大、在β區(qū)加熱時β晶粒長大傾向性大等特點[2]，鈦及鈦合金的熱處理必須結(jié)合化學成分及歷史加工工藝進行，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準及工藝,成為鈦及鈦合金產(chǎn)品獲得滿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

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、表面熱處理和擴散熱處理3類，具體見表1。

2、鈦及鈦合金熱處理標準現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

2.1鈦及鈦合金熱處理標準現(xiàn)狀

我國的鈦工業(yè)進程起步較晚，主要通過仿制國外材料并進行國產(chǎn)化建立了相應的鈦及鈦合金體系，因此對于實際應用的鈦及鈦合金熱處理制度是在國外相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國實際熱處理設備狀況和應用需求逐漸摸索并確定的，之后逐步通過規(guī)范實現(xiàn)了鈦及鈦合金熱處理標準化的雛形。相對于鈦及鈦合金產(chǎn)品的發(fā)展，建立的鈦及鈦合金專用熱處理標準中涉及的牌號少、覆蓋產(chǎn)品的應用領(lǐng)域不全面，導致鈦及鈦合金采用的熱處理制度主要以鈦及鈦合金產(chǎn)品標準中推薦的熱處理制度為主。目前我國鈦及鈦合金產(chǎn)品選用的熱處理制度和依據(jù)主要為中國國家標準、美國標準及俄羅斯標準，涉及的主要熱處理專用標準見表2;典型合金的熱處理制度見表3;熱處理通用基礎(chǔ)標準見表4。

美國鈦及鈦合金體系的建立，主要面向航空、航天工業(yè)，制定了專用的鈦及鈦合金熱處理標準，對美國涉及的鈦及鈦合金牌號熱處理均包含在其熱處理標準內(nèi)，且標準的更新速度較快；同時配合美國宇航標準AMS等產(chǎn)品標準中規(guī)定的熱處理制度及要求,滿足了專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，主要服務于航空、航天、艦船和核工業(yè)，建立的材料及熱理標準體系由于設計理念的差別，與美國建立的鈦及鈦合金熱處理標準體系有區(qū)別，主要用于前蘇聯(lián)地區(qū)及引進俄羅斯鈦及鈦合金體系的國家。在產(chǎn)品標準中一般不涉及單獨的熱處理制度，建立的鈦及鈦合金熱處理體系完整、通用性強;工藝過程具體、操作性好;原理與工藝實踐并重[6]。

日本鈦及鈦合金體系主要服務民用市場，如化工、建材等領(lǐng)域，體系獨特性明顯，以耐蝕性材料為主，多為純鈦和低合金化鈦合金。熱處理標準多為企業(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準體系發(fā)展趨勢

鈦及鈦合金熱處理標準是嚴格生產(chǎn)工藝條件的技術(shù)文件，是實現(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)國熱處理標準的制修訂均有以下發(fā)展趨勢：

1）強化鈦及鈦合金熱處理基礎(chǔ)標準。從熱處理設備、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、統(tǒng)一的熱處理術(shù)語、與工藝匹配且有經(jīng)濟性的經(jīng)驗工藝制度等角度建立完善的熱處理標準體系。

2）強調(diào)人員的技術(shù)水平，制定相應的人員資質(zhì)認定標準。

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)計記錄等）評定現(xiàn)有的管理水平是否滿足鈦及鈦合金熱處理要求。

3、存在問題

隨著航空、航天、化工等行業(yè)用鈦量急劇攀升，國內(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，但還存在很多問題。

1）熱處理設備制造水平與發(fā)達國家相比有較大差距，對鈦及鈦合金熱處理質(zhì)量整體提升造成阻礙。

2）先進熱處理工藝（如表面熱處理工藝等）的普及程度較低，無相關(guān)標準支撐，導致關(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)、管理標準還有待完善。

4）國內(nèi)鈦及鈦合金熱處理專用標準包含的牌號少，更新速度慢，且無法覆蓋產(chǎn)品標準中的熱處理制度及種類,需要進一步整合資源，提升標準的適用性及通用性。

5）我國鈦及鈦合金多由國外引進或仿制，欠缺對熱處理與工藝匹配基礎(chǔ)性研究；同時我國工業(yè)級海綿鈦有追逐低雜質(zhì)含量趨勢，導致近十年來部分純鈦加工產(chǎn)品為符合產(chǎn)品標準的性能,熱處理制度逐步在突破早期的經(jīng)驗溫度范圍。

4、展望

我國現(xiàn)已建立的鈦及鈦合金熱處理專用標準和通用性基礎(chǔ)標準，使鈦及鈦合金熱處理實行全面質(zhì)量管理有章可循，為熱處理質(zhì)量達到國際水平奠定了基礎(chǔ)。

但還存在鈦及鈦合金熱處理基礎(chǔ)性研究欠缺、從事標準化人員少、標準更新周期長、熱處理質(zhì)量檢測手段不夠完善等困難，未來還需開展以下工作：

1）加強鈦及鈦合金熱處理對材料組織、性能等影響的基礎(chǔ)性研究。

2）加速采用國際標準和國外先進標準。及時修訂標齡過長的鈦及鈦合金熱處理標準，適應市場的需求。

3）強化熱處理基礎(chǔ)標準的貫徹實施，促進以生產(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準體系建立。

4）進一步做好標準宣貫工作，培訓更多的熱處理標準化工作人員，促進行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻：

[1]劉奇先，劉楊，高凱.鈦合金的研究進展與應用[J].航天制造技術(shù)，2011(4):45-55.

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

[2]趙永慶，洪權(quán)，葛鵬.鈦及鈦合金金相圖譜[M].長沙：中南大學出版社，2011.

[3]GB/T6611—2008,鈦及鈦合金術(shù)語和金相圖譜[S].

[4]HB/Z137—2014,鈦及鈦合金熱處理[S].

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

[6]袁文明.俄羅斯航空熱處理標準體系分析[J].航空標準化與質(zhì)量，2010(5):15-18.

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