钛合金热处理强化全攻略：从退火到钝化，一网打尽！

钛合金热处理强化全攻略：从退火到钝化，一网打尽！

钛合金作为一种重要的航空航天和医疗材料，其性能的优劣很大程度上取决于热处理工艺。本文详细介绍了钛合金的多种热处理方法，包括退火、固溶处理、时效处理和钝化处理等，为相关领域的技术人员提供了全面的技术参考。

钛及钛合金目前大量采用的热处理基本工艺主要有消除应力退火，完全退火和固溶及时效处理。其它工艺，如等温处理，多级退火，多级时效等工艺在生产中应用很少。

钛合金常用热处理的几种方法

钛合金常用的热处理方法为退火、固溶和时效处理。退火适用于各类钛合金，主要是为了获得最佳的力学性能，消除应力、提高塑性和稳定组织。固溶和时效处理是钛合金强化的主要手段。

1. 去应力退火：

退火温度比再结晶温度低100-250℃；
目的是为消除或减少加工过程中出现的内应力，防止和减少变形。所需的时间取决于工件的截面尺寸、加工历史及所需消除应力的程度。

2. 完全退火：

又称：再结晶退火
退火温度接近再结晶温度和β转变点之间，退火过程主要发生再结晶，温度高于该合金的再结晶温度。
目的是降低硬度、提高塑性、稳定组织、改善加工性能。对于各种不同种类的钛合金，退火的类型、温度和冷却方式均不同。

3. 双重退火

包括高温和低温两次退火，退火后空冷；高温为β转变点以下20- 160℃，低温为相变点以下300-500℃。
目的是改善合金的塑性、断裂韧性和稳定组织

4. 等温退火

双重退火的特殊形式，先加热到β转变点以下20-160℃，保温后，转移到低温炉（600-650℃）保温，然后出炉空冷到室温。
适用于β稳定元素含量较高的钛合金，采用缓慢冷却，使β相充分分解。
目的是得到稳定组织。

5. 完全退火工艺

钛及钛合金完全退火的目的是为了获得稳定的金属显微组织，改善物理性能，从而有利于再加工及提高工件尺寸和工件性能的稳定性。

6. 固溶及时效处理工艺

固溶及时效处理工艺实际上是分成固溶处理和时效处理两个步骤进行的。固溶处理是把钛棒及钛合金加热、保温并快速冷却到室温的操作。时效处理则是在固溶处理后，将工件保温一定时间后在空冷的操作。固溶及时效处理目的的是为了对一些a钛合金、β钛合金、a+β钛合金不能通过热处理强化，只能通过退火来提高强度，使其力学性能进一步强化。

7. 时效处理

一般在425-650℃之间加热，时效温度和时效时间可以根据时效硬化曲线确定；
目的是促进亚稳态β相的分解或析出，从而提高合金强度。

8. 钝化处理

钝化是指金属经强氧化剂或电化学方法氧化处理，使表面变为不活泼态即钝化的过程，是使金属表面转化为不易被氧化的状态，而延缓金属的腐蚀速度的方法。另外，一种活性金属或合金，其中化学活性大大降低，而成为贵金属状态的现象，也叫钝化。
钛及钛合金由于表面能够快速形成一层几纳米到几十纳米厚的氧化膜,使其具有极为突出的钝化性能,因而表现出良好的耐蚀性。
钛合金的常用钝化分为三种。
（1）、热处理钝化
热处理钝化是将钛合金放入热的炉中，在一定时间和温度下对表面进行氧化，在形成一定厚度的氧化层后进行急冷，形成致密的氧化膜，从而增加钛合金的耐腐蚀性。
(2)、电化学钝化
钛合金的表面能够被氧化，通过电化学钝化可以在表面形成一层致密的氧化膜。这层氧化膜能够有效地防止钛合金在化学介质中的腐蚀和加工时的划伤。电化学钝化有两种方法：阳极氧化法和阴极还原法。

目前常见的钛及钛合金产品最主要的就是阳极氧化法表面。阳极氧化法在钛产品（如钛杯，钛筷子）的表面形成一层非常薄(无色透明)的氧化膜，利用光的折射原理，使人眼看见折射后的各种颜色。氧化膜的厚度不同，人眼所看见的颜色就不同。氧化膜最薄从0.01μm 开始，以 0.01μm 为增分单位加厚，最厚可以达到 0.15μm，所以纯钛金属产品的色彩可以表现的非常丰富绚丽，钛金属材料是一种梦幻的金属材料。
（3）、化学处理钝化
化学处理钝化包括酸洗和化学钝化，酸洗可去除钛合金表面的油污、氧化膜和杂质，为后续化学钝化创造良好的条件。化学钝化指的是将钛合金表面放入含有化学物质的溶液中进行处理，产生一层致密的氧化膜来稳定表面，提高钛合金耐用性和防蚀性。

文章来源： 宇铭达金属材料，特铸杂志，全国能源信息平台