09-B-19热处理工艺规范.doc

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-19 A/0版编制、审核、批准页编制： 日期：审核： 日期：批准： 日期：2热处理工艺规范文件编号：09B-19版次：A/0发布日期：2013-06-101 范围本标准规定了钛及钛合金热处理所用的设备、工艺参数及质量控制等。本标准适用于钛及钛合金制品的热处理。钛及钛合金零件的热处理可参照使用。2 规范性引用文件GB/T 228 金属材料 拉伸试验 GB/T 232 金属材料 弯曲试验方法GB/T 4698.15 海绵钛、钛及钛合金化学分析方法 真空加热气相色谱法测定氢量GB/T 6611 钛及钛合金术语及金相图谱GB/T 9452 热处理炉有效加热区测定方法GB/T 10066.1 电热设备的试验方法 通用部分GB/T 10624 高纯氩GJB 509A-1995 热处理工艺质量控制要求GB/T 23605 钛合金转变温度测定方法3 术语和定义GB/T6611确立的以下及下列术语和定义适用于本标准。3.1 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。3.2 工件 制品和零件的通称。3.3 炉料 热处理炉中被加热工件的总称。4 总则热处理采用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，并保证处理后的工件满足订货文件的要求。也可采用能满足上述要求的其他工艺，但需征得需方同意。5 设备和介质5.1 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 真空炉一般采用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6.710-2Pa。当温度超过750时，一般将真空压强控制在不小于210-3Pa，或采用高纯氩气进行分压控制。5.1.2.3 真空炉空炉状态的压升率应不大于1.33Pa/h，压升率的检验应按GB/T10066.1的规定执行。5.1.2.4 进行过真空钎焊的热处理炉不宜用于钛合金的真空热处理。5.1.3 炉温均匀度或炉温分布 炉温均匀度或炉温分布应按GB/T 9452中的有关规定进行检测，间歇式炉和连续式炉有效加热区内的温度允许偏差应不超出表1的规定范围。 表1 热处理炉有效加热区内温度允许偏差 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155间歇式炉10a5GJB509A1995中的类炉（或固溶处理）105去应力退火105固溶处理105时效51.5GJB509A1995中的类炉a大型真空退火炉有效加热区内温度允许偏差为15。5.2 加热介质5.2.1 炉内气氛5.2.1.1 用间隙是炉或连续式炉加热时，炉内可以是真空，也可以是空气气氛。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。5.3 温度测量设备 热处理用的温度测量设备符合GJB509A1995中的有关规定。炉温测量系统准确度的检测以及仪表的校准应按GJB509A1995的规定进行。5.4 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理。5.4.2 所有与炉料接触的托盘、支架或夹具一般由耐热金属制成，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应的材料制成。5.4.3 在加热和淬火过程中，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，并尽量减小炉料的变形。6 热处理前的准备6.1 表面清理 热处理前，应彻底清除工件和夹具表面的润滑油脂、卤化物以及其他有害的外来物。6.2 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均可。6.2.3 真空炉 应在装炉前清理，必要时可带随炉检验试样。炉内真空工作压强应尽可能低，至少不大于6.710-2Pa。7 热处理工艺参数7.1 概述 除产品规范或订货文件另有规定外，各种热处理的工艺参数（如加热温度、保温时间等）等应符合本标准的规定。保温时间一般从控温仪表显示的有效加热区最低温度达到规定的热处理温度时开始计算，有特殊要求时，按有关规定执行。7.2 转变温度 转变温度是确定钛合金处理工艺参数的重要依据，各种钛合金的名义转变温度见表2。每批工件的转变温度可能与表2所列的温度值不同。当规定固溶处理的加热温度为转变温度以上或以下一定温度时，则应按GB/T 23605或其他方法测定该批工件的转变温度。表2 钛及钛合金的转变温度（T）合金类型合金牌号名义成分名义转变温度 工业纯钛TA0、TA0-1Ti890TA1、ZTA1Ti900TA2Ti910TA3Ti930TA5Ti4Al0.005B990TA6Ti5Al1010TA7、ZTA7Ti5Al2.5Sn1010TA7ELITi5Al2.5Sn1000TA9Ti0.2Pa910TA10Ti0.3Mo0.8Ni900TA11Ti8Al1Mo1V1040TA12Ti5.5Al4Sn2Zr1Mo0.25Si1Nd1005TA13Ti2.5Cu895TA15Ti6.5Al2Zr1Mo1V1000TA151Ti2.5Al1.5Zr1Mo1V915TA152Ti4Al1.5Zr1Mo1V965TA16Ti2Al2.5Zr930TA18Ti3Al2.5V935TA19Ti6Al2Sn4Zr2Mo995TA20Ti4Al1.5Zr3V940TA21Ti1Al1Mn890TC1Ti2Al1.5Mn930TC2Ti4Al1.5Mn940ZTA5Ti4Al990ZTA15Ti6Al2Zr1Mo1V995-TC3Ti5Al4V965TC4、ZTC4Ti6Al4V995TC6Ti6Al2.5Mo1.5Cr0.5Fe0.3Si970TC9Ti6.5Al2.5Sn3.5Mo0.3Si1000TC10Ti6Al2Sn6V0.5Cu0.5Fe955TC11Ti6.5Al1.5Zr3.5Mo0.3Si1000TC16Ti3Al5Mo4.5V860TC17Ti5Al2Sn2Zr4Mo4Cr885TC18Ti5Al5Mo5V1Cr1Fe870ZTC3Ti5Al2Sn5Mo0.3Si0.02Ce980ZTC5Ti5.5Al1.5Sn3.5Zr3Mo1.5V1Cu0.8Fe940TB2Ti5Mo5V8Cr3Al750TB3Ti10Mo8V1Fe3.5Al750TB5Ti15V3Cr3Sn3Al760TB6Ti10V2Fe3Al800TB8Ti15Mo2.7Nb3Al0.2Si8157.3 退火7.3.1 退火通常是指普通退火、双重退火和等温退火等。普通退火是在合金的转变温度以下20250的温度下加热后空冷；等温退火是在普通退火的空冷后，再在合金的转变温度下250450的温度加热后空冷；等温退火是在合金的转变温度以下20160的温度下加热，随后转移到（或炉冷到）合金的转变温度以下350450的炉中保温空冷。7.3.2 退火所采用的加热温度应参照表3的规定，保温时间可根据工件的最大截面厚度从表3中选取，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,TA363081515120空冷或更慢冷63081560120空冷或更慢冷52057015120空冷或更慢冷TA01（焊丝）65075060240真空炉冷TA575085010120空冷75085060240空冷TA675085010120空冷75085060240空冷TA775085010120空冷75085060240空冷TA7ELI75085010120空冷75085060240空冷TA960081515120空冷或更慢冷6008156020空冷或更慢冷TA1060081515120空冷或更慢冷60081560120空冷或更慢冷TA1176081560480Aa900100060120BbTA12T-（1530）60120CcT-（3050）60120DdTA137808001060空冷78080060120空冷TA1570085015120空冷或更慢冷70085060240空冷TA15-1（焊丝）65075060240真空炉冷TA15-2(焊丝)65075060240真空炉冷TA16（管材）60081515120真空炉冷TA1860081530120空冷或更慢冷60081560180EeTA19870925FfT-（1530）60120EeEeTA20(焊丝)70075060180真空炉冷TA2160077015120空冷或更慢冷60077060120空冷或更慢冷TC164075015120空冷或更慢冷70080060120空冷或更慢冷TC266082015120空冷或更慢冷70082060120空冷或更慢冷ZTA7900920g120180炉冷ZTA15900940g120180炉冷-TC370085015120空冷或更慢冷70085060120空冷或更慢冷TC4h70087015120Gi70085060120空冷或更慢冷TC6800850j60120空冷87092060120HkTC995098060120I1TC1071085015120空冷或更慢冷71085060120空冷TC1195098060120I1TC1668079015120I1770790m60120JnTC1874076015120空冷82085060180KoZTC3910930g120210炉冷ZTC4910930g120180炉冷ZTC5900920g120180炉冷注：T表示相应的转变温度。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T-（5070）保温1h2h，空冷；再在600保温3h5h，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100Mpa140Mpa，炉冷至300以下。ZTC5合金在经过540580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：在转变温度以下1530保温1h4h，空冷或更慢冷；再在705760保温1h2h，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：在转变温度以下1530保温1h2h，空冷或更快冷；再在705760保温1h2h，空冷。j800850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550650的另一炉中，保温2h，空冷；截面厚度不大于20mm50mm采用等温退火：转移到炉温为550650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550600保温2h5h，空冷。1空冷后再在530580保温2h12h，空冷。m可根据使用要求，经使用后适当调整。n以2/min4/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740760保温1h3h，空冷；再在500650保温2h6h，空冷。表4 截面尺寸与保温时间之间的一半对应关系最大截面厚度mm保温时间min315253625356133545132045552025556525在厚度为25mm、保温60min的基础上，每增加5mm最少增加10min7.4 退火退火是在合金的转变温度以上适当的温度进行的退火。对-合金，若规定进行退火（或固溶处理），则应在该合金处理批工件测定的转变温度以上3015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，不允许随炉冷却。除合同规定外，不允许水淬。若规定水淬，对TC4合金工件水淬后还应该在730760保温1h3h，进行第二次退火。7.5 去应力退火7.5.1 除合金制成的工件在固溶处理后尚未时效的状态下不应该进行去应力退火外，其它工件可采用低于再结晶温度的去应力退火，以消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 去应力退火所采用的温度和时间应参照表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者随炉冷却。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,TA344559515360ZTA160075060240TA550060015240TA655060015360TA754065015360TA7ELI54065015360TA948060015240TA1048060015240TA1159576015240TA1250055060300TA1355065030120TA1555065030360TA1650060030360TA1837059515240TA1948065060240TA2148058030360TC152058030360TC254560030360ZT555075060240ZTA760080060240ZTA1560080060240-TC355065060360TC4a48065060360TC653062030360800850b60180TC953058030360TC1054060030360TC1153058030360TC1655065030240TC1748065060240TC1860068060240ZTC362080060240ZTC460080060240ZTC555080060240TB26507003060TB36807303060TB56807103060TB66757053060TB86807103060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760790与热成形同时完成。 b用于焊接后的去应力退火。7.6 固溶处理7.6.1 固溶处理由在相存在的温度下加热和从该温度的快速冷却（淬火）组成。对于-合金，淬火前的加热在+区的温度下进行；对于合金，淬火前的加热大多在高于转变温度或+区上部的温度下进行。7.6.2 固溶处理的加热温度应参照表6的规定，保温时间可根据工件的最大截面厚度从表6中选取，也可以参考表4选取。表6 固溶处理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bminTA1190010102090空冷或更快冷TA13780850106078081530240空冷或更快冷TA1981591529090098020120空冷或更快冷-TC489097029089097020120空冷或水淬TC684090020120水淬TC992094020120水淬TC1085090029085090020120水淬TC1192094020120水淬TC1678083090150水淬TC1779081520240水淬TC18720780c60180水淬TB27508002307508001030空冷或更快冷TB37508001030空冷或更快冷TB57608152307608151090空冷或更快冷TB670577560120水淬dTB8815900330空冷或更快冷T-（1060）60120水淬da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：810830，保温1h3h，炉冷至720780，保温1h3h，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 固溶处理的冷却方式应参照表6的规定。除允许在空气或惰性气体中冷却的意外，所有可热处理强化的钛合金工件都应完全浸入水或油中淬火，但薄板、厚板或带材则应采用喷射的水雾或水流淬火。淬火延迟时间不得超出表7或表8的规定。表7 钛合金最长淬火延迟时间最小截面厚度 mm最长延迟时间 s0.660.62.5102.525152530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8 TC4合金最长淬火延迟时间最小截面厚度mm最长延迟时间S662510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所列的保温时间和冷却方式是基于对不同直径圆截面试样的使用结果得出的。时间应用时可将工件横截面类比未具有同样冷却湿度的某一等效圆。7.7 时效固溶处理后应参照表9的规定进行时效处理。时效后，工件应在空气或惰性气体中冷却或者随炉冷却。表9 时效制度合金类型合金牌号时效温度保温时间HTA11540620824TTA1956562028-TC448069028TC650062014TC950060016TC1051060048TC1150060016TC16500580110TC1748068548TB2450550824TB3500550816TB5480675224TB6480620810TB85406807.58.56707007.58.5ba 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 检验8.1 周期检验 除合同或订单另有规定外，应按以下规定进行周期检验：a) 除每个热处理炉批进行过分析或者在真空或惰性气体保护中加热的意外，定期检查氢的敏感度或污染情况；b) 定期检查真空炉或惰性气体炉热处理工件的表面污染情况，以探查可能出现的泄漏；c) 按GJB509A1995规定的周期，对炉温、炉温测量系统准确度进行检验并对仪表进行校准。8.2 试生产检验 试生产检验项目如下：a) 炉温均匀度或炉温分布；b) 温度测量系统的准确度；c) 炉温仪表的校准情况；d) 氢污染；e) 压升率。8.3 热处理后的检验8.3.1 要求8.3.1.1 概述除另有规定外，热处理后应按8.3.1.28.3.1.5进行检验，以确定热处理设备和工艺是否满足第4章的要求。最终热处理后的检验科用产品检验代替。8.3.1.2 拉伸按照6.3.3的规定从热处理的工件上取样，并按8.3.4.1的规定进行试验。试样的拉伸性能应满足订货文件的要求。8.3.1.3 弯曲 订货文件中有弯曲性能要求时，应按8.3.3.2的规定取样并按8.3.4.2的规定进行试验，放大20倍进行检验的，试样弯曲部位的任何方向上均不应该有裂纹或开裂。8.3.1.4 氢含量 订货文件中有氢含量限制时，应按8.3.3.6的规定取样并按8.3.4.3的规定进行分析。氢含量应满足订货文件的要求。8.1.3.5表面污染 订货文件中有表面污染限制时，应按8.3.3.7的规定取样并按8.3.4.4的规定进行检查。表面污染应满足订货文件的要求。8.3.2 组批规格 除另有规定外，每批应有同一熔炼炉次材料制成的、由相同的设备同一机械处理和热处理后的同一品种、同一规格的工件所组成。其中，同一热处理的文件，对间歇式炉是指同一热处理炉批的工件；对连续式炉是指按同一热处理制度连续处理时间不超过8h所处理的工件。8.3.3 取样规则8.3.3.1 概述 每项检验应按照8.3.3.28.3.3.7中的有关规定取样。在形状和尺寸允许的情况下应从工件上切取试样；尺寸和形状不允许时，应从与工件一同进行热处理的并能代表工件的试料上切取试样。8.3.3.2 锻件之外的变形产品 应从最终热处理后的每批工件上切取两个试样。此外，产品规范有弯曲性能要求时，最终热处理后的每批工件上还应切取两个弯曲试样。8.3.3.3 锻件 除产品规范或订货文件另有规定外，每炉批未有加工或粗加工的锻件都应附带两件试料，这两件试料应是与被加热的锻件同一熔炼炉次，并对锻件具有代表性。这两件试料应适于加工成符合8.3.4.1规定的试样，并且其切取的位置还应符合产品规范或其订货文件的有关规定。8.3.3.4 标准件 标准件如螺母和螺栓的试样选取，应优先考虑零件产品规范中的有关要求。8.3.3.5 铸件 除另有规定外，每炉要进行热处理的铸件都应备有检验试样，并与铸件同炉热处理。试样可采用与铸件同炉浇注的铸件试样，或从浇注系统尚切取，有特殊需要时可从铸件上直接切取。8.3.3.6 氢含量分析取样 在540以上空气炉中加热的工件，每一热处理批应切取两个试样。对卷材应从每一卷材的连端取样；其它工件则任意取样。8.3.3.7 表面污染的金相检验取样 除另有规定外，在540以上空气炉中加热的工件，每一热处理批应切取两个试样。对卷材应从每一盘卷材的两端取样，其它工件则任意取样。用于检验清洗是否充分时，只需切取一个试样。8.3.4 试样方法8.3.4.1 拉伸试验拉伸试验应按GB/T 228的规定进行。仲裁实验时，在到达屈服强度前采用的应变速率为0.005/min，屈服后夹头的最小速度为2.5mm/min。8.3.4.2 弯曲试样 弯曲试验应按GB/T 232的规定进行，试验后用20倍的放大镜对弯曲部位进行检查。8.3.4.