钛合金作为一种轻量有色金属，拥有很高的比强度（强度和密度之比），与Al、Cr等元素组成的合金，经过热处置，强度极限可达1176MPa以上，比强度可达27～33，与它一样强度的合金钢，其比强度只有15.5～19，因而，在机械产品利用上占据着沉要职位，在宇航、航空、化工、造船等领域得到了宽泛的利用［1－5]。
随着国防和军队现代化建设的不休推动，在兵器设备“十四五”规划中，兵器设备发展逐步向协同结合作战立体方面发展，对兵器设备的机动性提出了新的要求，设备的轻量化是未来发展的趋向。钛合金以其良好的机能利用于兵器设备，可显著降低零件沉量，有效提升兵器设备轻量化水平，提高设备的机动性。目枪合金在设备上的利用较少，相应的钻研也较少，尤其是热处置作为钛合金零部件的沉要加工工艺，直接决定着钛合金零部件的力学机能和使用机能能否满足设备的技术要求，但热处置技术没有进行过相应的钻研。本文通过工艺试验，从钛合金的热处置工艺参数与力学机能的关系进行钻研，找出了较优的工艺参数，热处置后满足产品技术要求，且可能满足工厂出产现实，把握了钛合金热处置工艺技术钻研，为兵器设备未来发展需要奠定了基础。
1、资料分析及工艺设计
1.1 工艺试验设备选择
由于钛合金热处置总体出产过程为固溶加热、冷却、时效加热，因而出产过程中必备的设备重要有固溶加热炉、冷却循环系统、时效加热炉。由于必要加热到较高温度，并且钛合金在高温下化学机能较活跃，容易与氧、碳等元素产生反映，因而必要在真空或氩气；ぷ刺录尤。
1.2 工艺试件设计
凭据产品图样，某零部件多为20～40mm尺寸板材焊接而成，本试验设计拥有代表性的专用试料，别离选择20、30和40mm的板料，专用试料的设计尺寸见表1。
1.3 工艺参数的设计
1.3.1 资料分析
热处置工艺与资料息息有关，因而必要先对资料进行分析介绍，凭据资料设计后续加热温度、功夫等工艺参数。本项目重要钻研对象为TC4合金，原资料为板材，执行尺度GB/T 3621-2007，其化学成分见表2。
1.3.2 固溶参数设计
TC4钛合金为α＋β型钛合金［6]，退火状态下的组织由α相与β相组成，淬透性比力好，可通过固溶、时效热处置进行强化。钛合金的相变点温度Tβ是造订其热处置工艺的重要凭据，基于实际经验数据总结出来的以下数学推算式［7]，依照各元素对相变点温度的影响推算出来。式中，885℃为推算时纯钛的相变点。各元素含量对（α＋β）/β相变点的影响[8－10]见表3。
推算得到TC4相变点温度Tβ约为970℃。α＋β合金固溶处置温度通常选择在（α＋β）/β
相变点以下40～100℃，即两相区的上部温度领域，但不加热到β单项区，不然会产生粗壮晶粒，对韧性有害。凭据上述准则，选择固溶温度910、920和930℃进行工艺试验；固溶处置保温功夫凭据资料尺寸在20～120min而定，凭据出产前提，设计为60～90min；固溶处置当迅速，通常为水冷或油冷，凭据现有前提，选择油冷方式。
1.3.3 时效参数设计
经查阅《热处置手册》等有关资料，α＋β合金时效处置温度通常为500～600℃，本试验别离选择500、520、540、560、580和600℃钻研时效温度对机能的影响。时效处置保温功夫凭据资料尺寸在2～8ｈ而定，凭据试件尺寸及出产前提，设计为3～4ｈ。
综上所述，工艺参数设计见表4。
1.4 检验
在试料心部纵向取样，依照尺度GB/T 228-2002《金属资料 室温拉伸试验步骤》造作成尺度Ｒ4拉伸试样进行拉伸试验，依照尺度GB/T 229-2020《金属资料 夏比摆锤冲击试验步骤》造作成尺度室温夏比Ｕ冲击试样进行冲击试验。
2、工艺试验过程
对各专用试料进行编号，编号方式见表5。
别离依照工艺1～工艺18对SL01－1～SL01－18、SL02－1～SL02－18、SL03－1～SL03－18的试料进行固溶、时效处置。固溶、时效实现后，对各试料进行力学机能检测（见表6～表8）。
3、检测了局分析
3.1 有效尺寸20mm（SL01）检测了局分析
3.1.1 分歧固溶、时效温度匹敌拉强度、延长率、冲击吸收能量的影响
图1所示为有效尺寸20mm（SL01）TC4钛合金在分歧固溶、时效温度下的室温抗拉强度。由图1能够看出，其抗拉强度随着时效温度的升高整体趋向先出现降低，而后升高，随后又降低；当固溶温度为910℃、时效温度为500℃时，抗拉强度最好；当固溶温度为920℃、时效温度为560和580℃时，抗拉强度较好。图2所示为有效尺寸20mm（SL01）TC4钛合金在分歧固溶、时效温度下的室温延长率。由图2能够看出，其延长率随着时效温度的升高整体趋向先出现升高，而后降低，随后又升高；当固溶温度为910℃、时效温度为580和600℃时，延长率较好；当固溶温度为930℃、时效温度为540和560℃时，延长率最好。图3所示为有效尺寸20mm（SL01）TC4钛合金在分歧固溶、时效温度下的室温冲击吸收能量。由图3能够看出，其冲击吸收能量随着时效温度的升高整体趋向先出现升高，而后降低，随后又升高；当固溶温度为910℃、时效温度为520℃时，冲击吸收能量较好；当固溶温度为920℃、时效温度为600℃时，冲击吸收能量最好。
3.1.2 幼结
在充分思考强韧性综合机能情况下，宜选用固溶温度910℃、时效温度520℃的工艺参数；当对强度要求较高、对韧性要求较低时，宜选用固溶温度920℃、时效温度560℃的工艺参数；当对韧性要求较高、对强度要求较低时，宜选用固溶温度920℃、时效温度600℃的工艺参数，但各机能指标颠簸不大。
3.2 有效尺寸30mm（SL02）检测了局分析
3.2.1 分歧固溶、时效温度匹敌拉强度、延长率、冲击吸收能量的影响
图4所示为有效尺寸30mm（SL02）TC4钛合金在分歧固溶、时效温度下的室温抗拉强度。由图4能够看出，其抗拉强度随着时效温度的升高整体趋向先出现降低，而后升高，随后又降低，最后又升高；当固溶温度为910℃、时效温度为560℃时，抗拉强度最好；当固溶温度为920℃、时效温度为580℃时，抗拉强度较好。
图5所示为有效尺寸30mm（SL02）TC4钛合金在分歧固溶、时效温度下的室温延长率。由图5能够看出，其延长率随着时效温度的升高整体趋向先出现降低，而后升高；当固溶温度为930℃、时效温度为580℃时，延长率最好；当固溶温度为920℃、时效温度为520℃时，延长率较好。图6所示为有效尺寸30mm（SL02）TC4钛合金在分歧固溶、时效温度下的室温冲击吸收能量。
由图6能够看出，其冲击吸收能量随着时效温度的升高整体趋向先出现降低，而后升高，随后又降低；当固溶温度为910℃、时效温度为520℃时，冲击吸收能量最好；当固溶温度为920℃、时效温度为500℃时，冲击吸收能量较好。
3.2.2 幼结
在充分思考强韧性综合机能情况下，宜选用固溶温度920℃、时效温度540℃的工艺参数；当对强度要求较高、对韧性要求较低时，宜选用固溶温度910℃、时效温度560℃的工艺参数；当对韧性要求较高、对强度要求较低时，宜选用固溶温度910℃、时效温度520℃的工艺参数，但各机能指标颠簸不大。
3.3 有效尺寸40mm（SL03）检测了局分析
3.3.1 分歧固溶、时效温度匹敌拉强度、延长率、冲击吸收能量的影响
图7所示为有效尺寸40mm（SL03）TC4钛合金在分歧固溶、时效温度下的室温抗拉强度。由图7能够看出，其抗拉强度随着时效温度的升高整体趋向先出现升高，而后降低；当固溶温度为920℃、时效温度为560℃时，抗拉强度最好；当固溶温度为910℃、时效温度为540℃时，抗拉强度较好。图8所示为有效尺寸40mm（SL03）TC4钛合金在分歧固溶、时效温度下的室温延长率。由图8能够看出，其延长率随着时效温度的升高整体趋向先出现降低，而后升高，随后降低；当固溶温度为910℃、时效温度为560℃时，延长率最好；当固溶温度为930℃、时效温度为580℃时，延长率较好。图9所示为有效尺寸40mm（SL03）TC4钛合金在分歧固溶、时效温度下的室温冲击吸收能量。由图9能够看出，其冲击吸收能量随着时效温度的升高整体趋向先出现升高，而后降低，随后升高；当固溶温度为910℃、时效温度为520℃时，冲击吸收能量最好；当固溶温度为930℃、时效温度为580℃时，冲击吸收能量较好。
3.3.2 幼结
在充分思考强韧性综合机能情况下，宜选用固溶温度920℃、时效温度540℃的工艺参数；当对强度要求较高、对韧性要求较低时，宜选用固溶温度920℃、时效温度560℃的工艺参数；当对韧性要求较高、对强度要求较低时，宜选用固溶温度910℃、时效温度520℃的工艺参数，但各机能指标颠簸不大。
4、结语
通过上述钻研能够得出如下结论：
1）当固溶温度为910～930℃、时效温度为500～600℃时，温度变动对TC4钛合金力学机能影响较幼。
2）思考现实出产过程中，必要进行批量出产，且出产的零件尺寸不一，结合出产，热处置过程的较优工艺参数为固溶温度910～920℃、时效温度520～560℃。
参考文件
[1］热处置手册编委会.热处置手册[M].北京：机械工业出版社，2001.
[2]郭凯，何忝锜，和蓉.TC4钛合金热处置工艺的钻研近况及进展[J].世界有色金属，2021，4（2）：16－17.
[3]孟宪伟.TC4钛合金热处置工艺的钻研近况及进展[J].设备造作与教育，2019，33（3）：28－30.
[4]杨海瑛，陈军，赵永庆.热处置对TC4－DT钛合金组织机能的影响[J].资料开发与利用，2009（4）：13－16.
[5]郭初阳，郭喜军，王永红，等.钛合金零件镀铬工艺及节造钻研[J].新技术新工艺，2015（10）：96－99.
[6]雷霆.钛脊合金[M].北京：冶金工业出版社，2018.
[7]罕见金属资料加工手册编写组.罕见金属资料加工手册[M].北京：冶金工业出版社，1984.
[8]李玉涛，耿林，徐斌，等.TC11钛合金相变点的测定与分析[J].罕见金属，2006，30（2）：232－235.
[9]王志辉，夏长清，李学雄，等.Ti62421ｓ钛合金（α＋β）/β相变温度的测定与分析［J].罕见金属，2010，34（5）：663－667.
[10]张翥，王群骄，莫畏.钛的金属学和热处置[M].北京：冶金工业出版社，2009.
作者简介：霍进良（1981－），男，高级工程师，重要从事热处置加工工艺技术等方面的钻研。
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