钛的真空加热处理 - 文章

钛的真空加热处理

作者：Robert Hill, President, Solar Atmospheres 来源：Aerospace Manufacturing and Design杂志

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多年以来，各类飞机元件制造商使用真空熔炉加工。20世纪70年代早期，主要发动机制造商认识到了真空处理的优点并开始采用熔炉装备工厂，以对发动机元件开展热处理和钎焊。不久之后，飞机发动机修理基地也纷纷效仿。最终，机身制造商也加入这一潮流，以对原材料和钎焊成品进行清洁的热处理。

目前采用真空处理的元件范围涉及简单的部件、飞机的大型机身部分及起落架组件。通常，这些较大的部件要求采用一种特殊设计的熔炉，以适应其较大的尺寸和独特的热处理要求。

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一万磅铝钛锭在2400°F下真空均质处理24h

今天，机身制造商的趋势是增加使用复合材料和钛合金。与铝结构相比，复合材料在由于疲劳造成的维护方面大幅减少。在分析加载和环境因素时，低维护、高强度的钛再次胜过了铝。

由于钛的这些优点，它现在约占到了新型波音787 Dreamliner总机身的15%。例如，波音787飞机中大多数可以进行热处理的钛位于其起落架和结构装置(Ti5553)、地板结构(Ti-6Al-4v)、挤压件(Ti-6Al-4V)和驾驶舱(Ti-6Al-4V)之内。

虽然Ti-6Al-4V一直是该工业使用最多的合金，但是，Ti5553 (Ti5Al-5V-5Mo-3Cr0)也正用于787飞机的重要关键飞行部件。与Ti-6Al-4V相比，Ti5553的硬度性能卓越，同时也具有较高的强度和断裂韧度，以及优良的高周期疲劳性能。这就是Ti5553锻造件应用于副翼轨道、塔门、侧弦和起落架等加载位置的原因。

需要的规范

Solar Atmosphere正在通过开展成功的热处理和加工，以努力帮助推动航天工业使用这些钛合金。如果没有正确的方法，就不能达到特定的关键冶金特性，部件会产生缺陷，成本也会上升。不幸的是，目前还不存在涵盖所有必要的工艺和需要的最终结果的通用规范。只有涵盖锻造轧制产品(AMS4928Q)、钛部件(AMS2901B)以及其他内部程序(BAC5613)的各种规范。业界绝对需要快速制定真空热处理的一种可接受的规范。

市售纯（CP）钛经真空退火处理，以确保成型性能。

例如，Ti-6Al-4v涉及快速冷却之后采取固溶处理——通常是用水淬火。但是，这样通常会导致过度变形，对于航空工程师来说，这是不可接受的。这种挑战已经导致了更新的合金Ti5553的扩展使用，Ti5553可以控制冷却，变形量小，允许设计为近净成形。Ti5553的BASCA（?退火慢速冷却时间）热处理可以达到更佳的最终特性和变形控制。

建议的规范

Solar Atmosphere工程师的建议是在未来任何的钛处理规范中解决以下问题：

描述特殊材料或部件所需的适当的冷却速度——无论是水、机油或惰性气体，必须制定速率，以达到需要的特性，并减小变形。

概括最近提出的制备技术和新开发的加工周期——目前的钛规范假定的是后续热处理会产生?态富氧层，但是，利用真空技术可以大幅降低这种状态。

规定氢的最大允许PPM含量，以消除材料脆化的可能性和失效的风险——当钛合金接触到通常在材料制造和加工期间（特别是较高温度时）出现的富氢环境时，会出现严重问题；高真空处理和升高温度可将这种氢消除到百万分之个位数的含量。

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承认石墨可以用于真空处理的装夹——采用石墨设备，工程师可以设计近净成形元件。

确保记录和报告工件与热电偶的数值——目前的规范没有对其进行明确的定义和区别。

未来的成功

预计到2029年，全球的飞机数量将翻番。机身肯定会增加复合材料和钛的使用。目前波音/空客使用的钛是每年6000万磅，预计到2012年将增加到一亿磅。为了适时满足热加工这种材料的不断增长的需求，飞机工业各领域的冶金学家成功制定钛真空处理的通用规范十分重要。这种协作成果不仅可以增强这些材料在全球范围的使用，而且也将提高军用和商用航天工业的质量和安全水平。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (1/4/2013)


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