所亞南 王 帥

(中鋁沈陽有色金屬加工有限公司，遼寧 沈陽 110108)

一直以來，人們大多認(rèn)為氫元素在鈦合金中只能產(chǎn)生不良影響所以一直致力于氫脆性的研究，直到20世紀(jì)50年代，原西德著名學(xué)者Zwiecker還有Schleicher共同發(fā)現(xiàn)，在對(duì)滲氫的鈦合金鑄錠采用熱壓力加工處理時(shí)，鈦合金的熱變形性反而會(huì)比之前變高。20世紀(jì)70年代，隸屬于莫斯科的飛機(jī)制造研究所開始了氫影響鈦合金加工性能的研究，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)并提出了氫塑化的想法，現(xiàn)如今把這種工藝稱之為熱氫處理技術(shù)，也就是THT。目前，熱氫處理技術(shù)已經(jīng)作為一種新型的加工方法來提高鈦合金的工藝性能。

一、鈦合金熱氫處理技術(shù)的基本概念

鈦合金熱氫處理技術(shù)主要就是通過氫元素在鈦及鈦合金中的可逆化作用對(duì)鈦合金成分中的微觀組織、力學(xué)性能以及熱加工藝性能中，再者采用鈦及鈦合金的一種特殊的熱處理工藝，當(dāng)鈦及鈦合金中的氫元素含量達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)濃度時(shí)，便可明顯改變鈦合金的組織結(jié)構(gòu)。對(duì)鈦及鈦合金采用熱加工處理，之后再利用真空除氫方式退火處理從而降低氫含量，這樣一來便能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，在以后的服役過程中鈦合金則不會(huì)發(fā)生氫脆。在一般情況下，氫元素在鈦合金中的溶解度相對(duì)來說比較高，氫元素的結(jié)構(gòu)進(jìn)入，則會(huì)對(duì)鈦及鈦合金材料的組織以及性能產(chǎn)生相對(duì)來說比較大的影響。氫元素的溶解度最高可達(dá)1700μg/g，在α-Ti中。并且隨著溫度的下降而急劇縮小。當(dāng)對(duì)氫鈦合金進(jìn)行真空退火時(shí)，溶解在鈦合金中的氫元素則就會(huì)從復(fù)合材料中析出，并以氫氣的形式釋放出來。這便是氫在鈦合金中，溶解和析出的一種可逆反應(yīng)。

二、鈦合金熱氫處理技術(shù)的應(yīng)用

熱氫處理技術(shù)可以應(yīng)用在粉末冶金中，一般是對(duì)小規(guī)模的鈦合金鈦屑等進(jìn)行氫滲透技術(shù)處理。當(dāng)氫元素含量達(dá)到一定程度時(shí)，或者超出了氫元素在該鈦合金中所能夠達(dá)到的最大固溶度時(shí)，便會(huì)形成大量氫化物，從而導(dǎo)致材料的脆性比之前大大增強(qiáng)，這樣一來有利于對(duì)鈦合金進(jìn)一步的破碎、球磨，制備出各種程度的鈦合金粉末，最后對(duì)鈦合金粉末進(jìn)行脫氫處理。同樣，采用熱氫處理技術(shù)來細(xì)化組織的方式也能應(yīng)用于鈦合金粉末冶金零部件。通過該技術(shù)，來獲得綜合性能比較完善的鈦合金粉末冶金件。除了這些以外，鈦合金熱氫處理技術(shù)還可應(yīng)用在醫(yī)療上比如多孔鈦合金材料的包覆。這樣一來有益骨骼關(guān)節(jié)的愈合以及肌肉組織的生長(zhǎng)。運(yùn)用熱氫處理技術(shù)不但能夠細(xì)化組織，并且能夠提高鈦合金制件的拉伸彈性，由此看來這是一種一箭雙雕的好辦法。

三、鈦合金熱氫處理技術(shù)的應(yīng)用前景

從上文對(duì)鈦合金熱氫處理技術(shù)的描述，熱氫處理技術(shù)在改善鈦合金的加工工藝性能以及提高鈦合金綜合力學(xué)性能上有著廣泛的應(yīng)用，不難看出，鈦合金熱氫處理技術(shù)具有著非常遠(yuǎn)大的應(yīng)用前景。尤其是對(duì)于航空航天這樣的高端技術(shù)領(lǐng)域，采用鈦合金半成品作為其零部件。常規(guī)的方法便不能夠不能解決它的組織粗化以及強(qiáng)韌性匹配過高等問題時(shí)。鈦合金熱氫處理技術(shù)便成為一種非常實(shí)用的辦法出現(xiàn)在我們的視線里。鈦合金氫熱處理技術(shù)雖然能夠在很大程度上明顯提高拉伸彈性和疲勞強(qiáng)度，然而在成本方面，鈦合金熱氫處理技術(shù)明顯比別的常規(guī)處理技術(shù)成本要高。而且，對(duì)于結(jié)構(gòu)比較大的零部件來說，鈦合金熱氫處理技術(shù)也存在著一些問題，比如氫元素分布不均勻，技術(shù)對(duì)于設(shè)備條件要求過高等。所以，我們的當(dāng)務(wù)之急是深入研究鈦氫作用，開發(fā)并且完善與鈦合金的實(shí)際應(yīng)用相適合的技術(shù)，找到鈦合金熱氫處理技術(shù)的改善方法以及如何提高鈦合金熱氫加工工藝性能和力學(xué)性能的可行途徑。而且，應(yīng)該把鈦合金熱氫處理技術(shù)應(yīng)用到其他與之類似的金屬?gòu)?fù)合材料中，對(duì)展開熱氫處理技術(shù)研究具有重要意義的稀有復(fù)合金屬材料的加工與理論指導(dǎo)具有實(shí)際的生產(chǎn)意義。

四、結(jié)束語

熱氫處理技術(shù)對(duì)改善鈦合金組織結(jié)構(gòu)、加工性能和力學(xué)性能有著無可厚非的優(yōu)點(diǎn)，在鈦合金產(chǎn)品的生產(chǎn)的方法上也已經(jīng)相對(duì)普及。熱氫處理技術(shù)對(duì)我們生活中常用鈦合金和高溫鈦合金或者其他復(fù)合材料的開發(fā)以及利用都具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。俄羅斯在對(duì)鈦合金的熱氫處理技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究的同時(shí)，發(fā)現(xiàn)了其中的規(guī)律，直到目前已經(jīng)發(fā)展成為一套比較完善的技術(shù)，我們稱作氫工藝，氫工藝主要包括：熱氫處理技術(shù)、氫塑化技術(shù)、壓結(jié)氫處理技術(shù)、機(jī)械氫處理技術(shù)。這些處理技術(shù)不僅可以單獨(dú)使用，而且也可以幾個(gè)結(jié)合在一起使用。今后，對(duì)氫處理鈦合金的組織結(jié)構(gòu)以及力學(xué)性能應(yīng)該被進(jìn)一步了解應(yīng)，從而徹底清楚增強(qiáng)機(jī)理的效果，大力開發(fā)熱氫處理技術(shù)以及氫工藝在鈦合金中的應(yīng)用。與此同時(shí)，不能松懈研究與鈦性質(zhì)結(jié)構(gòu)相近的金屬，應(yīng)用于氫工藝的可能性，從而擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。本文簡(jiǎn)要概述了鈦合金熱氫處理技術(shù)的基本原理、工藝方法以及熱氫處理技術(shù)對(duì)鈦合金鑄件、殘鈦、加工性能以及力學(xué)性能的影響以及近年研究成果。

[1]黃東，南海，吳鶴，趙嘉琪.氫吃力技術(shù)在鈦合金中的運(yùn)用[J].金屬熱處理，2004(06).

[2]張鵬省，衛(wèi)東，趙永慶.鈦及鈦合金熱處理技術(shù)[J].熱加工工藝，2009(12).

[3]袁寶國(guó)，劉大海，李春峰.置氫鈦合金的除氫研究(英文)[J].稀有金屬材料與工程，2014(09).