辛社偉

(西北有色金屬研究院, 陜西 西安 710016)

鈦合金的熱處理種類繁多，有再結(jié)晶退火、去應(yīng)力退火、完全退火、雙重退火、三重退火、固溶+時(shí)效、雙重時(shí)效、淬火+時(shí)效等[1-3]。但目前對(duì)鈦合金熱處理缺乏權(quán)威專業(yè)的定義，這些熱處理方式因個(gè)人習(xí)慣的不同而被賦予不同的名稱?；靵y的焦點(diǎn)在于部分科研人員將鈦合金所有熱處理的加熱過(guò)程都稱為退火，比如將高溫固溶、淬火稱為退火，低溫時(shí)效空冷也稱為退火，所以有二重退火、三重退火的熱處理工藝。當(dāng)然，這與鈦合金熱處理本身的特點(diǎn)有關(guān)，鈦合金不同于鋼和鋁合金，鋼的淬火、回火，鋁合金的固溶、時(shí)效都伴有典型的特征相變[4]，幾乎為大家所共識(shí)。而鈦合金熱處理過(guò)程中的相變形式比較復(fù)雜，既有同素異構(gòu)的馬氏體相變，也有同素異構(gòu)的擴(kuò)散相變，同時(shí)鈦合金馬氏體相變主要依賴于殘余β相的分解強(qiáng)化，其強(qiáng)化效果不明顯，故導(dǎo)致鈦合金熱處理術(shù)語(yǔ)容易混淆。

文獻(xiàn)[5,6]對(duì)比了鋼、鋁合金和鈦合金熱處理過(guò)程的異同，給出了3類熱處理的區(qū)分方法，并將鈦合金的熱處理定義為“第三類”熱處理。但是，這種定義僅是相對(duì)于鋼和鋁合金作出區(qū)分。為此，在上述文獻(xiàn)論述的基礎(chǔ)上，對(duì)鈦合金的熱處理工藝術(shù)語(yǔ)作進(jìn)一步的梳理和規(guī)范，將有助于從本質(zhì)上了解不同熱處理工藝的工藝特征和工藝關(guān)系。筆者根據(jù)鈦合金熱處理過(guò)程中組織和性能的變化規(guī)律，對(duì)鈦合金的熱處理工藝進(jìn)行細(xì)分，區(qū)分不同熱處理工藝對(duì)應(yīng)的組織和性能的變化特點(diǎn)，建立鈦合金熱處理工藝術(shù)語(yǔ)與顯微組織結(jié)構(gòu)變化的約定關(guān)系，以期為鈦合金熱處理工藝術(shù)語(yǔ)的規(guī)范和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建立提供借鑒。

1 鈦合金熱處理的分類

文獻(xiàn)[5,6]對(duì)金屬材料的熱處理分類進(jìn)行了詳細(xì)敘述，根據(jù)材料在熱處理過(guò)程中的相變類型和性能特點(diǎn)，金屬材料的熱處理可以分為3大類：第一類，淬火+回火；第二類，固溶+時(shí)效；第三類，淬火+時(shí)效。但實(shí)際上，由于β穩(wěn)定元素含量的不同，鈦合金在固溶冷卻過(guò)程中既可發(fā)生非擴(kuò)散性質(zhì)的β→α′、β→α″、β→ω相變，又可發(fā)生β→α的擴(kuò)散相變，因此，鈦合金熱處理既有第一類熱處理的淬火，又有第二類熱處理的固溶，這或許是目前鈦合金熱處理工藝名稱較為混亂的主要原因。下文將根據(jù)金屬材料熱處理的分類方法和專業(yè)術(shù)語(yǔ)的命名規(guī)則，對(duì)鈦合金熱處理工藝進(jìn)行區(qū)分和歸類。

1.1 退火

退火是將合金加熱到某一特定溫度后冷卻，使合金保持一定的組織穩(wěn)定性和力學(xué)性能穩(wěn)定性。退火的冷卻方式一般為空冷或爐冷。根據(jù)加熱溫度和工藝目的的不同，可以將退火工藝分為去應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火和等溫退火。

1.1.1 去應(yīng)力退火

去應(yīng)力退火也稱普通退火，其典型特征是將合金加熱到再結(jié)晶溫度以下，然后進(jìn)行空冷處理。對(duì)于鈦合金，一般加熱溫度在750 ℃以下。去應(yīng)力退火過(guò)程中發(fā)生的β→α相變可以忽略，組織主要發(fā)生回復(fù)變化，所以可以認(rèn)為去應(yīng)力退火過(guò)程中不發(fā)生相變，合金的原始組織形態(tài)沒(méi)有改變。去應(yīng)力退火僅是通過(guò)組織回復(fù)去除加工過(guò)程中的殘余應(yīng)力，消除變形過(guò)程中的畸變能，并使合金組織保持一定的穩(wěn)定性。由于去應(yīng)力退火主要發(fā)生的是組織回復(fù)變化，所以合金強(qiáng)度降低，塑性增加，是合金的軟化和組織穩(wěn)定化過(guò)程。

1.1.2 再結(jié)晶退火

再結(jié)晶退火是將合金加熱到再結(jié)晶溫度以上保溫，使合金組織發(fā)生完全再結(jié)晶，然后緩慢冷卻，以穩(wěn)定組織，并獲得新的再結(jié)晶組織的熱處理過(guò)程。再結(jié)晶熱處理過(guò)程是承接形變過(guò)程進(jìn)行的，依賴形變過(guò)程中的形變能進(jìn)行再結(jié)晶晶粒的形核，熱處理過(guò)程中主要發(fā)生的是再結(jié)晶晶粒的形核和長(zhǎng)大，不涉及相變。鈦合金再結(jié)晶退火后組織為完全再結(jié)晶組織，合金強(qiáng)度有一定程度降低，塑性增加，也是合金的軟化和組織穩(wěn)定化過(guò)程。

對(duì)比去應(yīng)力退火和再結(jié)晶退火后組織和性能的變化特點(diǎn)，這2種熱處理的典型特征是加熱保溫和冷卻過(guò)程中不發(fā)生相變，退火后合金得到軟化，強(qiáng)度降低，塑性提高。圖1為3 mm厚TB8鈦合金冷軋板材軋制態(tài)(圖1a)、去應(yīng)力退火(圖1b)和再結(jié)晶退火后的顯微組織(圖1c)。從圖1可以看到，去應(yīng)力退火后組織形態(tài)幾乎沒(méi)有變化，而再結(jié)晶后形成完全等軸化的再結(jié)晶組織。

圖1 TB8鈦合金冷軋板軋制態(tài)及退火態(tài)顯微組織Fig.1 Microstructures of cold rolled TB8 titanium alloy sheet at different states: (a) cold rolled state; (b) stress relief annealing treatment at 760 ℃; (c) recrystallization annealing treatment at 800 ℃

1.1.3 等溫退火

等溫退火是將合金加熱到較高溫度，以極其緩慢的速率冷卻，讓合金充分發(fā)生相變，獲得充分穩(wěn)定的平衡組織的熱處理過(guò)程。對(duì)于鈦合金，等溫退火溫度一般高于再結(jié)晶溫度，當(dāng)?shù)葴赝嘶饻囟冗^(guò)低時(shí)，很難實(shí)現(xiàn)充分的相變，無(wú)法達(dá)到穩(wěn)定組織的目的。等溫退火熱處理很少應(yīng)用于鈦合金，因?yàn)楫?dāng)鈦合金作為結(jié)構(gòu)材料時(shí)，其熱處理的目的主要是為了優(yōu)化力學(xué)性能，而等溫退火的主要作用是為了獲得極其穩(wěn)定的室溫組織，強(qiáng)調(diào)的是組織和性能的穩(wěn)定性。對(duì)于一些高精密儀器或測(cè)量工具，需要對(duì)其制作材料進(jìn)行等溫退火，以保證后續(xù)長(zhǎng)期使用過(guò)程中不發(fā)生由于組織和性能改變而引起的形狀改變。雖然等溫退火工藝通常不直接應(yīng)用于結(jié)構(gòu)鈦合金的熱處理，但常作為某些特殊熱處理的一個(gè)階段，比如“β退火緩慢冷卻+時(shí)效”[7,8](BASCA，β-annealing with subsequent slow cooling & ageing)和某些轉(zhuǎn)爐熱處理工藝，對(duì)此后文將有所介紹。

1.2 淬火+時(shí)效

淬火是將鈦合金加熱到較高溫度保溫，然后以較快速度冷卻。冷卻方式一般為水冷或油冷，對(duì)于部分合金，也可采用空冷。淬火的特點(diǎn)是冷卻過(guò)程中不發(fā)生擴(kuò)散相變，而是通過(guò)切變形式發(fā)生馬氏體或類馬氏體相變。根據(jù)β穩(wěn)定元素含量的不同，依次發(fā)生的相變有β→α′、β→α″和β→ω。

時(shí)效是針對(duì)淬火組織，進(jìn)行較低溫度的保溫并空冷，一般時(shí)效溫度低于700 ℃。時(shí)效過(guò)程中，發(fā)生的相變主要是α′→β+α、α″→β+α、α″→α′→β+α和ω→β+α。

淬火+時(shí)效的熱處理中，淬火是為了調(diào)整組織形態(tài)，并獲得不穩(wěn)定的過(guò)渡相。在相變點(diǎn)以上淬火，一般獲得的是細(xì)片層組織或網(wǎng)籃組織，在相變點(diǎn)以下淬火，獲得的是雙態(tài)組織或等軸組織。時(shí)效是合金強(qiáng)化的主要過(guò)程，時(shí)效的強(qiáng)化效果依賴于淬火后組織中過(guò)渡相(α′、α″和ω)的含量，過(guò)渡相越多，時(shí)效強(qiáng)化效果越明顯。所以淬火+時(shí)效的熱處理也稱強(qiáng)化熱處理。由于淬火后組織不穩(wěn)定，主要由過(guò)渡相構(gòu)成，故淬火后必須進(jìn)行時(shí)效處理。

1.3 固溶+時(shí)效

根據(jù)具體工藝的不同，鈦合金的“固溶+時(shí)效”又可以分為“單重固溶+單重時(shí)效”、“雙重固溶+單重時(shí)效”和“單重固溶+雙重時(shí)效”。

1.3.1 單重固溶+單重時(shí)效

“單重固溶+單重時(shí)效”是使用最為廣泛的“固溶+時(shí)效”熱處理工藝。固溶是將合金加熱到較高溫度保溫，然后快速冷卻，其特點(diǎn)是冷卻過(guò)程中不發(fā)生相變。需要說(shuō)明的是，雖然我們定義的固溶是冷卻過(guò)程中不發(fā)生相變，但實(shí)際上很難避免相變的發(fā)生，特別是對(duì)于Mo當(dāng)量較低的合金，對(duì)此后文將有所解釋。

時(shí)效是針對(duì)固溶冷卻后的組織，進(jìn)行較低溫度的保溫并空冷。時(shí)效過(guò)程中，固溶冷卻后保留的亞穩(wěn)β相分解，形成尺寸較小的片層、條狀或紡錘狀α相。時(shí)效析出α相的尺度和形態(tài)依賴于時(shí)效溫度，一般在較高溫度時(shí)效，獲得的是在β片層內(nèi)排列較整齊的細(xì)片層α相，強(qiáng)化效果較弱。在較低溫度時(shí)效，獲得的是在β片層內(nèi)排列較混亂的細(xì)條狀或紡錘狀α相，強(qiáng)化效果強(qiáng)。時(shí)效析出的α相稱為次生α相，也稱為時(shí)效α相[9]，殘留的β相稱為時(shí)效β相[9]。

固溶+時(shí)效的熱處理中，固溶是為了調(diào)整組織形態(tài)，并獲得過(guò)飽和固溶體。時(shí)效處理是合金強(qiáng)化的主要過(guò)程，時(shí)效的強(qiáng)化效果依賴于固溶冷卻后殘留的亞穩(wěn)β相的含量和穩(wěn)定性，當(dāng)亞穩(wěn)β相含量越多且越不穩(wěn)定時(shí)，強(qiáng)化效果越強(qiáng)。固溶+時(shí)效熱處理后合金得到強(qiáng)化，也稱強(qiáng)化熱處理。

1.3.2 雙重固溶+單重時(shí)效

對(duì)于“雙重固溶+單重時(shí)效”的熱處理工藝，一般第一次固溶在接近β相變點(diǎn)的溫度完成，目的是控制初生α相的含量，然后以較快速度冷卻，形成初生α相+馬氏體相或針狀α相的組織。第二次固溶溫度要低于第一次固溶溫度，固溶后進(jìn)行空冷處理。在第二次固溶過(guò)程中，初次固溶后組織中的馬氏體相或針狀α相將轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢ê穸鹊钠瑢应料唷纱喂倘芎髮⑿纬沙跎料?一定厚度的片層α相+殘留β相的組織形態(tài)。

之后進(jìn)行的單重時(shí)效處理和“單重固溶+單重時(shí)效”處理中的時(shí)效處理作用和效果是一致的。

雙重固溶處理的第一重固溶處理可控制初生α相的含量，第二重固溶處理可控制片層狀α相的形態(tài)和尺度，時(shí)效處理可進(jìn)一步強(qiáng)化合金。“雙重固溶+單重時(shí)效”熱處理的優(yōu)勢(shì)是可以通過(guò)控制兩次固溶和時(shí)效的溫度和時(shí)間，較為精確地控制初生α相、次生α相、時(shí)效α相和時(shí)效β相的形態(tài)、含量和尺度，獲得可控的混合組織。特別是第二重固溶處理，可以使第一重固溶冷卻過(guò)程中生成的細(xì)片層α相長(zhǎng)大，形成具有3種α相形態(tài)的三態(tài)組織，以提高合金的綜合力學(xué)性能。圖2為某鈦合金單次固溶+時(shí)效(圖2a、2b)和雙重固溶+時(shí)效(圖2c)處理后的顯微組織。通過(guò)對(duì)比可以清楚地看到雙重固溶處理對(duì)組織調(diào)控的優(yōu)勢(shì)。

圖2 鈦合金經(jīng)過(guò)單重固溶+時(shí)效和雙重固溶+時(shí)效處理后的顯微組織Fig.2 Microstructures of titanium alloy after different heat treatments: (a) 950 ℃/3 h/AC+580 ℃/6 h/AC; (b) 935 ℃/3 h/AC+580 ℃/6 h/AC; (c) 950 ℃/2 h/AC+935 ℃/1 h/AC+580 ℃/6 h/AC

1.3.3 單重固溶+雙重時(shí)效

“單重固溶+雙重時(shí)效”和“單重固溶+單重時(shí)效”中固溶工藝的作用和原理相同。

雙重時(shí)效工藝中的第一級(jí)時(shí)效溫度一般選擇低于普通時(shí)效溫度。由于溫度低，該溫度下α相無(wú)法形核，但相對(duì)容易形核的β′或ω過(guò)渡相可以彌散形核，發(fā)生β相向β′或ω過(guò)渡相的轉(zhuǎn)變。第二級(jí)時(shí)效溫度選擇普通的時(shí)效溫度。在第二級(jí)時(shí)效過(guò)程中，一次時(shí)效形成的β′或ω相為α相的形核提供了高密度的形核位置，所以雙重時(shí)效獲得的α相更加均勻、細(xì)小，分布也更加彌散，進(jìn)而獲得更好的綜合力學(xué)性能。目前，單重固溶+雙重時(shí)效廣泛應(yīng)用于高強(qiáng)韌鈦合金的熱處理中[10,11]。

2 術(shù)語(yǔ)的區(qū)別與聯(lián)系

文獻(xiàn)[5]中對(duì)部分熱處理術(shù)語(yǔ)的區(qū)別與聯(lián)系進(jìn)行了論述，但是針對(duì)鈦合金的實(shí)際熱處理，尚有更容易混淆的概念，補(bǔ)充說(shuō)明如下。

2.1 鈦合金的退火和固溶

目前鈦合金熱處理術(shù)語(yǔ)混亂的焦點(diǎn)在于退火和固溶的混淆，部分技術(shù)人員認(rèn)為這2種處理工藝沒(méi)有實(shí)質(zhì)區(qū)別，通?；焱褂?。工程應(yīng)用中也對(duì)這兩種處理工藝不加區(qū)分，將“固溶+時(shí)效”的熱處理稱為雙重退火，將“雙重固溶+時(shí)效”的熱處理稱為三重退火或多重退火，這有待商榷。

從前文論述可知，固溶和去應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火的目的及所獲得的最終組織有較大差別。等溫退火的典型特征是提供充分的條件，讓合金發(fā)生擴(kuò)散性質(zhì)的相變，是合金軟化、組織穩(wěn)定化的過(guò)程，退火后的鈦合金具有穩(wěn)定的組織。固溶的目的則是為了獲得過(guò)飽和亞穩(wěn)β相，在此過(guò)程中不希望發(fā)生相變。但對(duì)于多數(shù)鈦合金，固溶過(guò)程中會(huì)不可避免的發(fā)生相變，析出片層狀α相，從表象看與退火沒(méi)有差別。但固溶處理過(guò)程中擴(kuò)散獲得α相不是該工藝的目的，其目的是獲得過(guò)飽和固溶體。固溶后的合金因組織不穩(wěn)定無(wú)法直接使用，必須進(jìn)行時(shí)效處理，使過(guò)飽和固溶體脫溶沉淀，形成強(qiáng)化相，強(qiáng)化合金。所以在區(qū)別固溶與退火時(shí)，需從工藝目的來(lái)看，如果是為了強(qiáng)化合金，或是為了脫溶沉淀，就應(yīng)該稱為固溶。如果是為了發(fā)生擴(kuò)散性質(zhì)的相變，獲得穩(wěn)定的組織，就是退火處理。這種區(qū)分與實(shí)際過(guò)程中是否發(fā)生片層α相析出以及高溫保溫后的冷卻方式均沒(méi)有直接關(guān)系。例如，對(duì)于高M(jìn)o當(dāng)量的亞穩(wěn)β鈦合金，高溫保溫后即使在緩慢的速率下冷卻，也難以析出過(guò)多的α相，依然可以保留大量亞穩(wěn)β相，在時(shí)效過(guò)程中這些亞穩(wěn)β相可以析出α相強(qiáng)化合金，這種處理就應(yīng)該稱為固溶。

一般固溶處理溫度高于去應(yīng)力退火溫度和再結(jié)晶退火溫度，與等溫退火溫度相當(dāng)。所以在有些固溶處理過(guò)程中，也會(huì)發(fā)生合金組織的再結(jié)晶。對(duì)于這種熱處理的區(qū)分，關(guān)鍵在于加熱后的冷卻處理，如果冷卻速度較快，那么固溶冷卻后保留的β相不穩(wěn)定，必須再進(jìn)行一次較低溫度的時(shí)效處理，使β組織穩(wěn)定，同時(shí)脫溶沉淀，強(qiáng)化合金，這種熱處理則稱為固溶+時(shí)效。相反，如果冷卻速度緩慢，使得冷卻后β相已經(jīng)充分保持組織和力學(xué)性能的穩(wěn)定性，那么這種熱處理就是退火。如果為了進(jìn)一步穩(wěn)定組織，在第一步退火的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行一次較低溫度的保溫處理，使組織進(jìn)一步穩(wěn)定，那么即使第二次退火過(guò)程中有α相的沉淀析出，但其目的是穩(wěn)定組織，而不是強(qiáng)化合金，經(jīng)過(guò)兩次處理后合金強(qiáng)度基本不變，塑性略有增加，這種熱處理為雙重退火。

2.2 鈦合金的退火和時(shí)效

鈦合金時(shí)效和退火處理的區(qū)別相對(duì)較為明顯，一般時(shí)效處理溫度低于退火溫度，其目的是為了脫溶沉淀，強(qiáng)化合金。時(shí)效處理后合金強(qiáng)度升高，塑性降低。而退火處理是為了穩(wěn)定合金組織，在一定程度上消除加工缺陷，組織主要發(fā)生的是回復(fù)(去應(yīng)力退火)、再結(jié)晶(再結(jié)晶退火)或者β→α的近平衡相變(等溫退火)。但這種轉(zhuǎn)變主要是為了穩(wěn)定組織，而不是為了強(qiáng)化合金。

2.3 術(shù)語(yǔ)的組合

從鈦合金常用術(shù)語(yǔ)搭配來(lái)看，“固溶+時(shí)效”是準(zhǔn)確的，固溶是為了獲得過(guò)飽和固溶體，時(shí)效是為了讓過(guò)飽和固溶體分解，沉淀析出，屬于經(jīng)典的鈦合金熱處理術(shù)語(yǔ)組合?！按慊?時(shí)效”是準(zhǔn)確的，結(jié)合文獻(xiàn)[5]和本文的分析，這是鈦合金熱處理的一個(gè)特征，也是鈦合金熱處理被稱為“第三類”熱處理的標(biāo)志?！肮倘?退火”是不準(zhǔn)確的，固溶是為了獲得過(guò)飽和亞穩(wěn)β相，目的是為了強(qiáng)化合金，而后續(xù)退火是為了穩(wěn)定組織，降低強(qiáng)度、提高塑性，前后矛盾?！巴嘶?時(shí)效”是不準(zhǔn)確的，退火是為了充分相變，穩(wěn)定組織，不希望保留不穩(wěn)定的過(guò)飽和亞穩(wěn)β相，而時(shí)效卻是為了亞穩(wěn)β相的分解，強(qiáng)化合金，兩者前后矛盾?！巴嘶?退火”是準(zhǔn)確的，通過(guò)兩級(jí)退火，可以充分穩(wěn)定組織，穩(wěn)定性能，而不是為了強(qiáng)化合金?！巴嘶?退火+退火”雖然從理論上講可以認(rèn)為是準(zhǔn)確的，但實(shí)際大多是和“雙重固溶+時(shí)效”和“單重固溶+雙重時(shí)效”相混淆的，需要根據(jù)實(shí)際情況仔細(xì)區(qū)分。

3 特殊熱處理

除上述退火、固溶+時(shí)效、淬火+時(shí)效3種熱處理工藝外，根據(jù)應(yīng)用性能的需要，還開發(fā)出許多特殊的鈦合金熱處理工藝，最為典型的是高強(qiáng)韌鈦合金的BASCA[7,8]。該工藝主要是為了滿足近年來(lái)航空飛行器損傷容限的設(shè)計(jì)需要。損傷容限設(shè)計(jì)要求合金受到損傷后依然具有良好的抵抗裂紋擴(kuò)展能力。對(duì)于高強(qiáng)韌鈦合金，由于Mo當(dāng)量高，無(wú)論何種熱處理，β轉(zhuǎn)變組織中α片層尺寸均非常細(xì)小，這種尺寸細(xì)小的α相雖然可以帶來(lái)較高的強(qiáng)度，但是對(duì)應(yīng)的抗裂紋擴(kuò)展能力較弱，合金斷裂韌性往往較低。BASCA熱處理工藝(如圖3所示)是在相變點(diǎn)以上溫度(T1)熱處理后，緩慢冷卻至一定溫度(T2)保溫一段時(shí)間，然后再冷卻至室溫，最后進(jìn)行較高溫度(T3)時(shí)效處理后，可以獲得粗大片層的魏氏組織。從β相緩慢冷卻到較低溫度過(guò)程中，由于冷卻速度極慢，α片層得到充分的析出與長(zhǎng)大，這是BASCA熱處理工藝的核心。通過(guò)這種熱處理，雖然α相的尺寸會(huì)長(zhǎng)大，損失一定的強(qiáng)度，但可以獲得極為優(yōu)異的斷裂韌性。圖3中還給出了筆者課題組對(duì)Ti-5321合金進(jìn)行BASCA熱處理后的顯微組織。從圖3可以看出，BASCA工藝的核心是T2溫度的選擇以及從T1到T2緩慢冷卻(SC)的速率。T2溫度的選擇是為了保障合金在平衡相圖中有可以供析出α相的含量，T2溫度越低，可以提供α相析出的含量就越多，最終才有可能生成較大尺寸的片層α相。對(duì)照前文，可以認(rèn)為BASCA工藝是固溶+時(shí)效工藝的一個(gè)變異，即將固溶轉(zhuǎn)變?yōu)榻频葴赝嘶?，為α相的充分析出和尺寸長(zhǎng)大提供條件。但是，其并沒(méi)有緩慢冷卻至室溫，保留了一部分可供時(shí)效分解的亞穩(wěn)β相，故可以稱為時(shí)效。按照前文原則，如果BASCA熱處理的T2溫度足夠低，緩慢冷卻過(guò)程中亞穩(wěn)β相得以充分轉(zhuǎn)變，那么BASCA工藝中最后的字母“A”應(yīng)該為退火(annealing)，而不是時(shí)效(ageing)。如果這樣退火處理，鈦合金的強(qiáng)度將會(huì)顯著降低[7]，失去高強(qiáng)鈦合金的本征意義。因此，BASCA熱處理工藝的核心是通過(guò)合理選擇T1、T2和SC速率，從而獲得理想尺寸和數(shù)量的片層α相，以實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)韌鈦合金強(qiáng)度、塑性和斷裂韌性的匹配。

圖3 鈦合金的BASCA熱處理工藝曲線及Ti-5321合金顯微組織Fig.3 Heat treatment curves of BASCA for titanium and microstructures of Ti-5321 alloy after BASCA treatments：(a) 880 ℃/2 h/AC+620 ℃/6 h/AC； (b) (880 ℃/2 h)+(3 h/FC→780 ℃/AC)+(620 ℃/6 h/AC); (c) (880 ℃/2 h)+(3 h/FC→750 ℃/AC)+(620 ℃/6 h/AC)

此外，轉(zhuǎn)爐熱處理也是一種常見的特殊熱處理工藝[1,2]。大部分轉(zhuǎn)爐熱處理工藝可以認(rèn)為是一種變異的BASCA熱處理工藝，其特征是直接轉(zhuǎn)移至第二級(jí)溫度的爐內(nèi)進(jìn)行保溫，而不經(jīng)緩慢冷卻，目的是為了使β相充分分解，析出尺寸較大的片層α相。轉(zhuǎn)爐熱處理的保溫過(guò)程近似于等溫?zé)崽幚?，和BASCA相似，主要應(yīng)用于高強(qiáng)韌鈦合金或者對(duì)韌性有較高要求的鈦合金。

4 結(jié) 語(yǔ)

熱處理是鈦合金材料工藝處理中非常重要的環(huán)節(jié)，對(duì)于改良合金組織、優(yōu)化合金力學(xué)性能必不可少。但關(guān)于鈦合金熱處理的術(shù)語(yǔ)卻處于一種模糊狀態(tài)，對(duì)于“退火”、“固溶”、“淬火”、“時(shí)效”的使用不夠規(guī)范，似乎很難找出它們較為明確的定義和界限。對(duì)此可能存在2種情況：第一種情況是大部分科研人員是清楚它們的區(qū)別與聯(lián)系的，但認(rèn)為它們的界限不明顯，或者在部分場(chǎng)合，無(wú)需區(qū)分，特別是對(duì)于一些處于“邊界”的熱處理；第二種情況是技術(shù)人員本身不清楚，特別是一些剛進(jìn)入鈦合金領(lǐng)域的技術(shù)人員，由于不清楚這些熱處理術(shù)語(yǔ)的區(qū)別與聯(lián)系，也就無(wú)法充分領(lǐng)會(huì)不同熱處理的技術(shù)內(nèi)涵以及它們?nèi)绾巫饔糜阝伜辖鸬慕M織和力學(xué)性能。對(duì)于上述第一種情況，希望通過(guò)本文將此問(wèn)題提出，引發(fā)共同討論，進(jìn)一步明確和規(guī)范鈦合金熱處理的專業(yè)術(shù)語(yǔ)。對(duì)于上述第二種情況，希望通過(guò)區(qū)分不同熱處理深入探究鈦合金熱處理工藝的實(shí)質(zhì)，為鈦合金領(lǐng)域的初學(xué)者或從事鈦合金熱處理的技術(shù)人員提供借鑒，充分領(lǐng)會(huì)不同熱處理工藝是如何設(shè)計(jì)和創(chuàng)造具有自己標(biāo)簽的特征組織，在制定相關(guān)熱處理工藝時(shí)能夠有的放矢，從而更好地服務(wù)于最終的力學(xué)性能。