GWDL高溫真空處理爐對鈦合金的熱處理強(qiáng)化特點(diǎn)如下：

1.1  鈦合金的分類

鈦合金可分為三類，鈦合金分類的三維相圖是較為明顯的示意圖，見圖1所示。

α鈦合金，包括工業(yè)純鈦，TA5(Ti-4Al-0.005B)、TA7(Ti-5Al-2.5Sn)等，該類合金不能通過熱處理強(qiáng)化，只能退火，組織穩(wěn)定，常溫強(qiáng)度不高。

近α鈦合金，該合金含有少量的β穩(wěn)定元素（2%），組織中含有7%-15%的β相，如材料牌號：TC1(Ti-2Al-1.5Mn)、 TC2(Ti-4Al-1.5Mn)，該類材料對熱處理制度不敏感。

α+β鈦合金，又稱馬氏體α+β型鈦合金，含有15%-40% β相，典型代表材料TC4(Ti-6Al-4V)、熱強(qiáng)鈦合金TC6(Ti-6Al-2.5Mo-1.5Cr-0.5Fe-0.3Si)、制造緊固件的典型代表材料TC16(Ti-3Al-5Mo-4.5V)等，它們可以通過炬星熱處理強(qiáng)化，即：固溶處理+時(shí)效（彌散強(qiáng)化）。

亞穩(wěn)定β型鈦合金，材料含有臨界濃度的β穩(wěn)定元素。該類合金經(jīng)退火后具有良好的加工性，可以熱處理強(qiáng)化，經(jīng)淬火+時(shí)效處理后可以達(dá)到很高的強(qiáng)度，并且亞穩(wěn)定β型鈦合金在室溫強(qiáng)度、斷裂韌性和淬透性優(yōu)于α+β鈦合金，典型代表材料牌號TB2(Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al)、TB5(Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al)和TB8（Ti-15Mo -3Al-2.7Nb-0.2Si），TB8(β21s)鈦合金為高強(qiáng)度鈦合金，高溫性能良好，具有優(yōu)良的冷軋和冷成型性，是公認(rèn)的用于飛機(jī)上高強(qiáng)度彈簧材料。

穩(wěn)定β型鈦合金，β穩(wěn)定元素的含量超過一定數(shù)值后β轉(zhuǎn)變溫度就會降到室溫以下，金相組織為單相β組織，代表牌號美國Alloy C(Ti-35V-15Cr)。

1.2  鈦合金冷卻過程的相變

鈦合金被裝入真空爐加熱后，精確控制鈦合金零件冷卻的相變過程，從而得到不同的組織結(jié)構(gòu)。炬星熱處理強(qiáng)化的基礎(chǔ)是鈦合金加熱及冷卻產(chǎn)生相變，鈦合金自高溫快速冷卻時(shí)，發(fā)生馬氏體相變，β相可以轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體（六方馬氏體α＇或斜方馬氏體α＇＇）、ω相或過冷β相（即β＇）。以Ti-5Cr-3Al鈦合金為例[5]，闡明亞穩(wěn)定β相等溫轉(zhuǎn)變過程，如圖2所示。

從圖2中可以看出，冷卻時(shí)β相發(fā)生轉(zhuǎn)變，如果工藝過程要得到馬氏體相變，只有加大冷卻速度：當(dāng)合金從固溶溫度快速冷卻（水中淬火），β相→α＇（hcp，馬氏體）；當(dāng)冷卻速度較慢時(shí)（油中冷卻），部分β相→ω相（三角結(jié)構(gòu)）；當(dāng)冷卻速度更低時(shí)（加壓充氣冷卻），β相→α＇+ω；當(dāng)冷卻速度非常低時(shí)（空氣冷卻），β相→α+β；在520 ℃～720 ℃范圍內(nèi)，當(dāng)冷卻速度非常緩慢（或在共析溫度以下長時(shí)間等溫加熱），發(fā)生共析分解β相→α+TiCr2(化合物)，即α相在原始的β相界形核并長大。

因此，實(shí)現(xiàn)鈦合金材料的熱處理強(qiáng)化，淬火是鈦合金熱處理強(qiáng)化的必要前提，淬火過程的冷卻速度起決定因素。

1.3  鈦合金熱處理強(qiáng)化特點(diǎn)

鈦合金在加熱和冷卻過程中會發(fā)生相變，對于不同合金體系可以通過控制其各自的相變過程，從而得到不同的組織結(jié)構(gòu)。通過不同介質(zhì)的鈦合金冷卻試驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)鈦合金熱處理強(qiáng)化特點(diǎn)主要表現(xiàn)為：

（1）淬火過程應(yīng)盡量避免形成ω相，ω相會使材料變脆，當(dāng)然，采用高溫時(shí)效可使ω相分解；

（2）反復(fù)熱處理相變不能細(xì)化鈦合金晶粒，這點(diǎn)不同于鋼鐵材料；

（3）α+β型鈦合金熱處理淬火后淬透性不高，淬火熱應(yīng)力大，很易引起長桿狀零件變形，因此長桿狀工件只能豎向裝入爐內(nèi)加熱，并縱向進(jìn)入淬火介質(zhì)內(nèi)，基于工件減少變形研發(fā)的立式真空淬火爐為鈦合金熱處理過程適當(dāng)?shù)販p少淬火變形提供了條件；

（4）馬氏體相變不能使鈦合金得到強(qiáng)化，只能通過淬火時(shí)形成的穩(wěn)定相（包括馬氏體相）的時(shí)效分解，即彌散強(qiáng)化。熱處理強(qiáng)化對α鈦合金是無效的，熱處理強(qiáng)化主要用于α+β型鈦合金和β型鈦合金。