QJ 1993A-2001 钛及钛合金的热处理.pdf

1、G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G02G03G04G05G06G07G08G09G0AG0BG0CG0DG01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01 G02G03G01G04G05G05G06G07 G08G

2、09G09G04G01 G01 G0AG0BG09G04G0CG09G01 G01 G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01 G01 G01G01G01G02G01 G02G03G01G04G05G05G06 G04G05G05G07G01G02G01G03G04G05G06G07G08G0DG0EG0FG10G01G10G11G0EG0FG10G12G0EG13G10G01G14G15G01G10G16G10G0FG13G1

3、6G17G12G01G0FG13G18G01G10G16G10G0FG13G16G17G12G01G0FG19G19G14G1AG1BG01 G01 G08G09G09G04 G04G04 G04G1CG01G02G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G08G09G09G08 G09G08 G09G04G03G04G01G02G03G04G05G06G07G08G09G0AG0BG01G01G01G01G01G01G0

4、2QJ 1993A 20019前 言本规范代替 QJ 1993 1990 钛及钛合金的热处理本规范的附录 A 和附录 B 为资料性附录本规范由中国航天科技集团公司提出本规范由中国航天标准化研究所归口本规范起草单位 中国航天科技集团公司七一 三厂本规范主要起草人 姬盈仓 刘利平本规范于 2001 年 11 月第一次修订QJ 1993A 20011钛及钛合金的热处理1 范围本规范规定了钛及钛合金热处理的种类 设备及工装 工艺参数 质量控制和质量保证等要求本规范适用于航天产品常用钛及钛合金 TA1 TA3 TA5 TA7 TA7ELI TB2 TB3 TB5 TC1TC4 TC6 TC9 TC11制

5、造的零 部 组 件的热处理2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本规范的引用而成为本规范的条款 凡是注日期的引用文件 其随后所有的修改单 不包含勘误的内容 或修订版均不适用于本规范 然而 鼓励根据本规范达成协议的各 方研究是否可使用这些文件的最新版本 凡是不注日期的引用文件 其最新版本适用于本规范GB/T 228 1987 金属拉伸试验方法GB/T 4698.15 1996 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 5832.2 1986 气体中微量水分的测定 露点法GB/T 6397 1986 金属拉伸试验试样GB 15735 1995 金属热处理生产过程安全卫生要

6、求GJB 509A 1995 热处理工艺质量控制要求QJ 1428 1988 热处理炉温控制与测量QJ 1573 1988 钛合金化学酸洗生产说明书QJ 1799 1989 钛合金化学铣切生产说明书3 要求3.1 设备与工装3.1.1 钛及钛合金热处理采用的所有设备应保证氧 氢 碳 氮对零件的污染程度最低 并保证零件热处理后满足有关规定3.1.2 钛及钛合金热处理宜优先采用真空炉 真空炉内的绝对压强不大于 7 10 2Pa 或惰性气氛 氩气 氦气 炉 其气氛露点低于 20 也可采用保温及密封性良好的空气电阻炉3.1.3 加热设备有效区的炉温均匀性及测控仪表的精度应达到 QJ 1428 1988

7、中的 类或 类以上加热炉的规定3.1.4 定期对真空热处理炉进行清理3.1.5 配置尺寸适宜的水槽和油槽 其要求应符合 GJB 509A 1995中 5.2.2的规定3.1.6 配置适用的由耐蚀钢 耐热钢或钛合金材料制造的吊具 夹具等工艺装备3.2 热处理种类钛及钛合金热处理种类见表 1QJ 1993A 20012表 1热处理种类 目 的去应力退火可减少或去除冷加工和焊接工艺过程中产生的应力 避免零件由于残余应力而引起服役中的变形及开裂 可使零件的尺寸和性能比较稳定再结晶退火 可去除零件变形后产生的加工硬化 稳定组织 降低强度 提高塑性 充分恢复成形能力阶段处理可使零件获得与再结晶退火相同的综

8、合效果 提高热强性及组织稳定性 断裂韧性也得到改善等温退火 可使零件获得高塑性 低强度及最大的组织稳定性退火去氢退火 消除氢脆固溶热处理 固溶热处理能得到马氏体或亚稳定相 为时效强化创造必要的条件时效 时效使固溶热处理后的钛合金得到强化 获得良好的综合性能3.3 热处理前准备3.3.1 去除待热处理零件和试样表面的水 油污 卤素化合物 低熔点金属 氧化皮等杂质3.3.2 彻底清理 烘干热处理炉和工艺装备 对惰性气氛炉在升温前 可采取预抽真空和 /或通入惰性气体 以排净炉内的有害气体3.3.3 真空热处理的零件与耐蚀钢或耐热钢接触的部位 可放上钛合金垫片 需要捆绑的零件可采用不锈钢丝3.4 工艺

9、参数3.4.1 退火钛及钛合金按退火状态的组织分类见表 2表 2序号 类 别 牌 号 说 明钛 TA1 TA2 TA31钛合金 TA5 TA6 TA7 TA7ELI不可热处理强化2 钛合金 TB2 TB3 TB5 可热处理强化TC1 TC2 近 钛合金 只作退火处理3 钛合金TC3 TC4 TC6 TC9 TC10 TC11 可热处理强化3.4.1.1 去应力退火和再结晶退火的工艺参数见表 3对于已固溶热处理及时效强化的或经阶段处理的钛合金 加热温度不应超过时效温度或第二阶段退火温度3.4.1.2 等温退火和阶段处理工艺参数见表 43.4.1.3 退火温度 保温时间可根据零件原材料状态 截面尺

10、寸和变形程度等选取 其中a 板材 半成品零件的退火温度宜选用中 下限 棒材 锻制零件的退火温度宜选用中 上限b 按表 3 表 4中的公式计算保温时间时 壁厚大于 50mm的零件应适当减少 附带工艺装备的零件应适当增加QJ 1993A 20013表 3去应力退火 再结晶退火牌号 加热温度 保温时间h 冷却介质加热温度 保温时间min 冷却介质TA1 480 600 680 710TA2 480 600 680 710TA3 480 600 680 710TA5 500 6000.5 4.0750 800TA6 500 600 800 850TA7 540 650 720 850TA7ELI 54

11、0 6500.5 6.0720 850Tb=15+AcDd 空气或惰性气体气 aTB2 650 700TB3 680 730TB5 680 7100.5 1.0 TC1 520 560 700 750TC2 550 5800.5 6.0700 750TC3 550 640 750 800TC4 500 6500.5 4.0700 850TC6 550 620 750 850TC9 530 6000.5 6.0750 800TC10 540 600 710 810TC11 530 5800.5 5.0空气 惰性气体或真空710 810Tb=15+AcDd 空气或惰性气体 a注 a 仅适用真空中的

12、冷却b T 保温时间 单位为分钟 minc A 保温时间系数 1min/mm 1.5min/mmd D 零件最大厚度 单位为毫米 mm表 4牌号 工艺方法 加热温度 保温时间 min 冷却方法 等温或阶段温度 保温时间 h 冷却介质等温退火 冷却 a 630 650TC4阶段处理930 950空冷 650 680等温退火 冷却 a 640 6601 3TC6阶段处理860 880空冷 530 550 2 5等温退火 冷却 a 550 580 1 3TC9阶段处理940 960空冷 530 550 2 5等温退火 冷却 aTC11阶段处理950 980Tc=15+AdDe空冷530 580 2

13、4空气或惰性气体 b注 a 直接转入等温炉内或将退火炉门打开快速冷至等温温度b 仅适用真空中的冷却c T 保温时间 单位为分钟 mind A 保温时间系数 1min/mme D 零件最大厚度 单位为毫米 mmQJ 1993A 200143.4.1.4 钛合金的再结晶退火也可采用小于 150 /h的速度炉冷至 530 再出炉空冷至室温3.4.1.5 当氢含量要求不大于 0.025%时 需进行真空去氢退火 :加热温度 600 700 保温时间按表5选取 随炉冷却至 200 以下出炉空冷 真空炉内的绝对压强不大于 1.33 10 2Pa 但在加热过程中允许短时降低到 6.65 10 1Pa 当氢含量

14、超过规定要求时 其加热温度和保温时间由试验确定表 5最大截面厚度或直径mm保温时间h20 1 220 50 2 350 33.4.1.6 在真空炉中进行再结晶退火 阶段处理或等温退火时 冷却均应在强制循环的氩气 或氦气介质中进行3.4.1.7 允许将真空退火的零件与热矫正或热变形过程相结合3.4.1.8 钛及钛合金的钎焊件 钎焊后可在真空炉中进行 920 4h随炉冷却的热处理3.4.1.9 钛及钛合金的 转变温度参见附录 A中的表 A.13.4.2 固溶热处理3.4.2.1 固溶热处理的工艺参数见表 6表 6固溶热处理 时 效牌号 加热温度 保温时间min 冷却介质时效温度 时间h 冷却介质T

15、B2 750 800 450 550 8 24TB3 750 800 500 550 8 16TB5 760 810空气480 670 2 24TC3 870 910 450 550 2 6TC4 900 950 500 650 2 8TC6 840 900 500 600 2 6TC9 900 940 500 600 1 6TC10 850 900 510 600 4 8TC11 860 930Ta= 5 8 +AbDc水500 600 1 6空气 惰性气体或真空注 a T 保温时间 单位为分钟 minb A 保温时间系数 2min/mm 3min/mmc D 零件最大厚度 单位为毫米 mm

16、3.4.2.2 固溶温度 保温时间 冷却方式和延迟时间按如下规定选取a 对 相稳定元素含量较少 强度要求较高的零件及棒材 锻制零件 固溶温度宜选用上限对 相稳定元素含量较多 塑性要求好的零件及各种板材零件 固溶温度宜选用下限QJ 1993A 20015b 为达到充分固溶又减小氧化污染 保温时间应尽可能短 棒材 锻制零件应选用大的保温时间系数 板材及半成品零件选用小的保温时间系数c 固溶热处理时的冷却 可在水 油 空气或其它介质中进行 但须保证所需的力学性能和最小的变形 真空固溶热处理时的冷却 可在水 油 氩气 或氦气 流中进行 氩气 或氦气 流的冷速须保证零件所需的力学性能d 钛合金的固溶热处

17、理延迟时间尽可能短 一般应不超过表 7的规定 对 稳定系数高的合金其固溶热处理延迟时间可适当延长 但应保证固溶热处理后零件所需的力学性能表 7最小截面厚度mm延迟时间s6 66 25 825 103.4.2.3 进行真空固溶热处理时 真空炉内绝对压强允许不大于 2.7Pa 或依靠限量渗入氩气 或氦气维持在 1.33 10 1Pa 13.3Pa范围内3.4.2.4 固溶热处理后水温应不超过 403.4.2.5 一般情况下 焊接件不宜固溶热处理3.4.3 时效3.4.3.1 时效工艺参数见表 63.4.3.2 时效温度和时效时间要合理选取 时效温度取下限时 时效时间应取中 上限 反之亦然为获得较高

18、的热稳定性 热强性及断裂韧性时 时效温度和时效时间应取上限3.4.3.3 固溶热处理和时效的间隔时间不作要求3.4.3.4 时效可与固溶热处理后热校形一道进行 温度和时间按时效工艺参数选取3.4.3.5 经过固溶热处理和时效的零件 为了去除机械加工应力 可进行补充时效 补充时效的温度要稍低于原时效温度 保温时间为 1h 4h3.5 质量控制3.5.1 热处理质量控制应符合 GJB 509A 1995中的有关规定3.5.2 在真空炉中进行热处理时 为防止泵中油蒸汽进入炉中 应采取适当措施 如在真空泵口前增加挡油装置等3.5.3 固溶热处理时 除了惰性气氛炉和真空炉外 其它热处理炉均应到温入炉 装

19、炉零件的数量和放置 应能保证在最短的时间内使零件均匀地达到规定的温度范围3.5.4 尺寸相差悬殊的不同零件应避免同炉热处理 以防薄壁零件加热时间过长3.5.5 同炉热处理零件有不同截面厚度时 应按最大截面厚度计算保温时间3.5.6 进行去氢退火时 为保证零件表面上氢能均匀除去 零件之间应留间隙 防止叠装3.5.7 在高温加热时 对形状复杂的零件和薄壁零件 应采用必要的工艺装备 其中a 零件最终退火时 为减小在重量载荷和热应力作用下的翘曲 应采用固定夹具b 形状复杂的零件和薄壁零件固溶热处理时 为防止翘曲和变形 应采用固定夹具QJ 1993A 200163.5.8 采用真空炉或惰性气氛炉进行各种

20、退火 固溶热处理 时效时 零件须随炉冷却至 200 以下方可出炉空冷3.5.9 在空气电阻炉中经热处理后受污染的零件 应去除基底金属污染层 具体规定如下a 依据每道工序所采用的温度 时间 参见附录 B中表 B.1 确定相应的最小深度基底金属去除量b 依据多道热处理工序所采用的最高温度 累计保温时间参见附录 B中表 B.1 确定总的最小深度基底金属去除量 去除工序可在最后一道热处理完成后进行3.5.10 热处理的成品零件或半成品零件 在储存和运输中应防止被污染3.6 热处理后的检验3.6.1 对表面质量有要求的零件 其表面应无裂纹 划伤 碰伤等3.6.2 力学性能 如拉伸性能等 应满足有关技术文

21、件的规定3.6.3 对氢污染和其它污染有严格要求的零件 应满足有关技术文件的规定3.7 技术安全与卫生3.7.1 钛及钛合金热处理过程中的安全 卫生应符合 GB 15735 1995的规定3.7.2 各单位应根据实际情况制定安全操作规程3.7.3 操作者应掌握安全知识 严格遵守操作规程4 质量保证规定4.1 加热设备有效区的炉温均匀性及测控仪表的精度按 QJ 1428 1988的规定 定期进行检测4.2 惰性气体的露点检测按 GB/T 5832.2 1986的规定进行4.3 拉伸试验试样按 GB/T 6397 1986或有关技术文件的规定制取4.4 热处理后零件的检验项目 取样数量和检验方法应

22、符合表 8规定表 8序号 检验项目 取样数量 要求章 条号 方 法1 裂纹 划伤 碰伤等 100% 3.6.1 目视或按有关技术文件2 氧化皮 3.3.1 目视 喷砂 机械方法或 QJ 1573 19883 基底金属污染层 3.5.9 目视 机械方法或 QJ 1799 19884 氢含量 3.4.1.5 GB/T 4698.15 1996a5 力学性能 拉伸按有关文件规定3.6.2 GB 228 1987注 a 也可采用经协商的其它方法4.5 经检验不合格的零件 应按下列办法进行处理a 力学性能不合格时 允许重复固溶热处理 同一零件的固溶热处理次数不超过两次 保温时间可适当缩短b 表面有裂纹的

23、零件 应予以报废c 表面划 碰伤和腐蚀厚度超过零件的尺寸公差时 应予以报废d 零件变形超过要求时 允许进行矫正 矫正后的零件应进行 180 200 2h空冷的处理QJ 1993A 20017附录 A资料性附录钛及钛合金 转变温度A.1 钛及钛合金 转变温度 近似值 见表 A.1表 A.1牌 号转变温度TA1 900TA2 910TA3 930TA5 990TA6 1010TA7 1010TA7ELI 1010TB2 750TB3 750TB5 760TC1 930TC2 940TC3 965TC4 1000TC6 965TC9 1010TC10 955TC11 1000QJ 1993A 200

24、18附录 B资料性附录基底金属污染层去除量B.1 基底金属污染层去除量见表 B.1表 B.1保 温 时 间h0.15 0.15 0.50 0.50 1.00 1.00 2.00 2.00 6.00 6.00 10.00 10.00 20.00加热温度去 除 量mm480 600 0.01 0.02 0.02 0.02 0.03 0.05600 700 0.01 0.02 0.03 0.03 0.05 0.08 0.08700 760 0.02 0.03 0.03 0.05 0.08 0.08 0.15760 820 0.03 0.03 0.05 0.08 0.11 0.15820 930 0.

25、05 0.08 0.11 0.15 0.25930 980 0.08 0.011 0.15 0.25G01G02G03G04G05G06G07G08G09G0AG0BG0CG0DG05G06G05G07G08G09G0AG02G03G01G04G05G05G06G07G01G01G07G08G09G0CG0DG0EG0FG10G11G12G13G14G15G16G17G18G19G1AG14G1BG1CG1EG1FG20G21G14G15G08G0CG22G23G01G24G22G25G01G07G08G09G0CG0DG0EG0FG10G11G26G0AG01G02G03G04G01G01G01G02G04G04G02G27G04G02G28G29 G03G04G07G01G02G03G04G05G05G06G07G08G09G09G04G0BG0CG08G09G09G04G02G1DG03G04G04G05G06G04G05G06G07G08G19G12G13G04G04G2A