和 蓉，米 磊，郭 凯，何忝锜
燃料棒
（西安西工大超晶科技发展有限责任公司，陕西 西安 ７１０２００）
摘 要：钛合金属于目前我国耐腐蚀性能较高、耐热性能良好、弹性慎量较低的材料，经过固溶处理、时效强化之后，强度甚至要高于铝合金、高温合金，甚至能够和超高强度钢之间的数据值相当，目前已经被广泛的应用在化工领域、汽车领域与生物医学领域中，采用真空热处理技术进行处理，可以确保质量和强度。下文就分析钛合金真空热处理的研究现状，提出未来的发展趋势，旨在为钛合金真空热处理技术的良好应用提供帮助。
关键词：钛合金；真空热处理；研究现状；发展趋势
中图分类号：ＴＧ１６６．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２１）０８－０００１－２
Research status and development trend of vacuum heat treatment of titanium alloy
HE Rong, MI Lei, GUO Kai, HE Tian-qi
（Ｘｉ＇ａｎ ｘｉｇｏｎｇｄａ Ｃｈａｏｊｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏ．， Ｌｔｄ，Ｘｉ＇ａｎ ７１０２００，Ｃｈｉｎａ）
Abstract: Ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｉｓ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ， ｇｏｏｄ ｈｅａｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｌｏｗ ｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ ｉｎ Ｃｈｉｎａ． Ａｆｔｅｒ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ａｇｉｎｇ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ， ｉｔｓ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｓ ｅｖｅｎ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ａｎｄ ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙ， ａｎｄ ｅｖｅｎ ｃｏｍｐａｒａｂｌｅ ｔｏ ｔｈａｔ ｏｆ ｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｓｔｅｅｌ． Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ， ｉｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｎｄｕｓｔｒｙ， ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ａｎｄ ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｖａｃｕｕｍ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃａｎ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｖａｃｕｕｍ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ｉｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ， ｉｎ ｏｒｄ
火麻仁胶囊
ｅｒ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｈｅｌｐ ｆｏｒ ｔｈｅ ｇｏｏｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｖａｃｕｕｍ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Keywords: ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ； ｖａｃｕｕｍ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ； ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｕｓ； ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ
钛合金真空热处理属于重要的处理方式，尤其是其中的真空油淬处理，对钛合金的质量会产生直接的影响，并且真空水淬可以替代传统的高压气淬冷却，加快冷却速度的同时增强材料的固溶强化效果，值得在钛合金加工生产的过程中推广应用。
1 钛合金真空热处理的研究现状
1.1 真空油淬冷却技术的研究现状
此类技术在应用的过程中，主要是将真空淬火油当做是冷却介质，代替之前的盐浴热处理技术、气氛保护热处理技术，在一定程度上能够保证力学性能，增强表面的光洁度，可以确保中和金刚与高合金钢的淬火效果[1]。当前此类技术已经广泛应用在相关的热处理行业之内，在长时间设备改进、工艺升级、提升淬火油品质的情况下，技术已经处于成熟的态势。但是，在冷却的过程中，速度较慢，如果不能合理控制，很容易在钛合金热处理期间形成脆性，并且在高温加热入油之后，工件的表面很容易和油蒸汽之间发生反应形成增碳，对工件的性能造成不利影响，因此，不能应用在钛合金的真空热处 理工作中。
1.2 真空气淬冷却技术的研究现状
此类技术主要是通过非含氧类型的气体进行冷却处理，在某些范围之内随着炉体之内气体压力的提升，冷却的速度就会有所加快，目前真空气淬的过程中，经常使用的冷却气体就是氮气、氦气、氢气、氩气，不同的气体之间有着一定的导热性能差异，氢气属于冷却性能最高的气体，氦气属于第二，氩气最低。采用氢气进行超高压气淬处理，冷却的速度和水淬的速度较为接近，但是，在应用期间风险较大，进行钛合金高温处理的过程中也可能会出现氢脆的现象，所以，不适合应用在钛合金真空热处理的操作中。采用氨气进行超高压气淬，冷却的速度在油淬与水淬处理的中间位置，能够取代传统的真空油淬操作方式，但是，由于其应用的成本较高，在淬火操作之后还需进行回收，操作难度大，很难高效化的应用在钛合金真空热处理中。氮气在应用的过程中，成本较低、安全性较高，但是，缺乏一定的冷却性能，高温状态之下也可能会和TI之间发生一定的反应，导致工件的性能降低，也不适合进行钛合金的真空热处理。
1.3 真空水淬处理技术的研究现状
此类技术在应用的过程中将水当做是淬火方面的介质，可以有效进行钛合金的固溶处理，在应用的过程中，将工件设置在真空环境中，实现无氧化加热处理之后，可以快速的转移到淬火水槽之内，获取
到相应的固溶物质，当前国际中很多发达国家都在大力的研究钛合金真空水淬的工艺技术、机械设备等等，在研究的过程中力图降低生产成本，确保加工的性能，增强生产的效果和质量。
globe72 钛合金真空热处理的发展趋势
当前我国在钛合金真空水淬方面，应用的是卧式真空水
收稿日期：２０２１－０４
作者简介：和蓉，女，生于１９８７年，汉族，陕西渭南人，本科，中级工程师，
研究方向：材料成型及控制。
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2021年 4月下 世界有金属1
世界有金属 2021年 4月下
2淬炉设备，主要是卧式真空油淬炉设备所演变，将其淬火的介质从油料改变成为水分，虽然可以取得良好的成绩，但是，很容易出现工件转移时间过长的现象，大约在10秒钟以上，对加热室也可能造
成一定污染，并且真空油泵很容易出现乳化的现象，导致生态环境受到污染，同时还需要使用氩气进行设备的洗护处理，应用的成本较高。为了应对此类问题，我国已经开发出全新的立式真空水淬炉设备，针对于钛合金的真空热处理所开发的设备，在应用的过程中，有着高真空加热的性能，水介质不仅能够进行淬火固液处理，还能更加准确的进行转移时间的控制，在一定程度上能够预防零件在热处理过程中出现畸变的现象，经过设备真空热处理之后，钛合金零件的表面有着一定的光亮度，能够为相关材料的热处理提供一定强化支持。在未来发展的进程中，采用立式真空水淬炉设备，具有以下几种性能。2.1 加热室的应用性能
对于立式真空水淬炉设备来讲，主要是通过无碳元素金属屏热场，和相关的高真空加热环境来进行加热，设备的内胆属于整体结构，将铝铜合金带当做是加热元件，利用各种不锈钢屏与钼屏相互整合成为复合型的隔热屏，可以将最高的加热温度控制在零上1350摄氏度，均温性也能够维持在5摄氏度之内，不仅能够确保钛合金真空热处理的稳定性，还能形成良好的加热场。有关的加热室中存在三级泵组，也就是机械泵、扩散泵与罗茨泵，能够获取到杂质含量小于0.01ppm 的气氛，并且加热的环境较为良好，在其中进行钛合金热处理，能够确保表面的光亮度，营造无氧化的热处理环境，对于强化材料来讲具有重要意义[3]。2.2 淬火室的应用性能
对于淬火室来讲，其中主要是圆筒类型的特殊性结构，并且还有用来进行构件横向转移的机械传动平台，能够实现三个工位同时运转的目的，并且运转的工位和加热室之间相互对接，在双室对接的情况
下，更好地在水介质中完成淬火操作。在有关的淬火室之内，有物料升降运载的相关系统，能够针对工件进行输送和转移，时间在6秒钟之内，并且没有水蒸气，不会对真空泵组造成污染。在淬火室之内还有独立性的真空系统，可以为热处理提供真空的这个状态，将真空度控制在10PA，保证从加热室将工件转移到淬火室的这个过程不会发生氧化的问题。在淬火室中还有水文传感器设备、加热器设备、制冷器设备、水位传感器设备与水搅拌系统，在各种系统的协同运作下可以更为准确的控制淬火介质的温度，将水温控制在零上13摄氏度上下，并且其中的水搅拌系统还能进行介质的强烈搅拌，增强冷却处理的效果，使得工件可以均匀性的冷却[4]
。2.3 整体设备的应用性能
完成工件的加热处理、保温处理之后，从加热室进入水介质，直到将所有的工件全部浸没为止，在此期间固溶处理
的转移环节中，会因为淬火延迟出现耗费时间的现象，而从理论层面来讲，淬火延迟的时间应该控制在最低范围之内，一旦延迟时间过高，将会导致工件表面的温度大幅度降低，对于马氏体相变方面、显微组织方面会造成不良的影响，工件的性能也会随之降低。尤其当前所使用的α+β钛合金工件，如果淬火延迟的时间超出8秒钟，将会导致α相和原本β相的界形合并长大，在一定程度上会导致淬火状态力学性能受到一定的影响，不能确保热处理的效果。因此，在未来的发展过程中，应该按照当前所
存有的淬火延迟问题，合理设计从加热室将工件转移到淬火室方面的轨迹，最好是采用垂直降落的形式，通过轨迹的改善来减少转运时间，将其控制在6秒钟之内，同时还需预防蒸汽对真空泵组造成污染，确保真空热处理的效果和性能[5]。
根据相关的监测可以得知，使用立式的真空热处理设备，在钛合金加工过程中，可以确保工件外观的光亮度，不会出现氧化的颜，并且淬透性较高，能够在直径20毫米的截面之内进行淬透处理。并且在加工之后，很少会出现畸变的现象，能够将全跳动量提升0.02毫米，在处理之后可以从根本上提升工件机械性能，有着一定的应用优势和价值。因此，在未来的发展过程中，应重点使用立式真空水淬炉设备，确保钛合金真空热处理的效果。
3 结语
综上所述，在钛合金固溶强化的过程中，需要保证冷却的快速性，还要预防和碳元素、氮元素、氧元素、氢元素之间发生反应，处理的难度较高，采用真空水淬技术不仅可以满足此类要求，还能确保淬火工艺的应用效果。传统的卧室真空水淬炉设备在应用的过程中，转移时间很长，不能确保钛合金的真空热处理效果，而立式真空水淬炉设备在应用的过程中，可以减少转移的时间，弥补了传统设备应用过程中的不足和缺陷，能够解决目前在真空热处理方面的技术难题，确保钛合金工件的高效化、有效性加工处理，具有一定的应用价值，因此，在钛合金真空热处理未来发展的过程中，应该重视有关立式真空水淬炉设备的应用，保证工件的加工质量和效果。
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