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【技术分享】钛合金热处理中的关键环节

来源：弗尔德（上海）仪器设备有限公司分类：操作使用 2024-02-23 17:00:07 83阅读次数

钛合金的常见应用

钛基合金具有低密度、高强度、良好的耐腐蚀性和高温稳定性等特点，在许多领域有广泛的应用。例如：医疗器械领域，由于钛合金与人体组织具有良好的生物相容性，能显著延长植入体的使用寿命，因此被广泛用于如人工关节、牙科植入物、脊柱融合装置等；航空航天领域，钛合金具有较高的强度、刚度和耐腐蚀性，可用于飞机结构、发动机零部件、卫星等。

在医疗领域的外科植入物为了获得良好的生物相容性，需要特有的晶格结构实现更高的孔隙率，有助于血管和神经细胞的长入。传统的制造工艺可能无法满足要求，往往采用更为先进的制造工艺，如：选区激光熔融。但这种工艺在样品冷却的过程中，材料会产生张力或应力，需要后续热处理消除应用。

在航空航天领域，传统的铣削加工难以处理结构复杂的零件，无法一次成型，同样需要借助先进的制造工艺。而后续的热处理工艺，如何保证每批零件热处理结果的一致性，这对质量和热处理工艺的遵从性提出了更高的要求。航空航天领域有着特有的热处理标准，即AMS2750G。

钛合金热处理工艺

典型的钛合金热处理工艺

说到钛合金热处理，在427°C 的温度下会完全氧化，因此这种热处理需要在惰性气氛中进行。该过程在DIN65084中有明确定义，但常用且广泛使用的热处理工艺是在700°C时、标准大气压或高真空下、高纯度氩气气氛中（每英寸样品的保温时间为1小时）进行。以下作为一个典型的钛合金热处理工艺，保证气密的前提下，在高纯氩气气氛中进行，避免表面氧化。同时为了对比，我们用同样的零件在高真空下，以同样的温度和时间进行热处理。

（图1：钛合金样品）

（图2：高纯氩气气氛下的热处理）

（图3：高真空下的热处理）

热处理后，经X射线能谱（SEM-EDX）分析热处理之后的表面氧化程度，示意图如下，同时，我们放了钛合金在空气中热处理被氧化后泛蓝的图片做对比：

在氩气中在大气压下热处理的样品显示平均氧含量，EDX 峰值强度为8.2 ±1.7。在大约 5x10E-5 mbar的高真空气氛中热处理的样品显示平均氧含量，峰值强度为5.1 ± 0.5。当使用高真空时，这些钛合金样品的表面氧含量只减少了38%。相比真空度，我们更应该关注真空泄漏率。要获得较低的真空泄漏率，不但需要设备密封良好，而且需要选用高质量的真空部件，更需要定期对清洁和保养。无论采用哪种热处理工艺，在热处理过程中不能完全防止样品氧化，对于日常工作，样品的应用环境和最终要求决定是否需要高真空。

（表1：高纯氩气和高真空环境下热处理后的含氧量对比）

卡博莱特盖罗以下三款产品有着各自的优点和应用环境，可提供不同的热处理需求。

（表2：卡博莱特盖罗三款产品参数对比）

如样品是用于航空航天领域，可选配符合AMS2750G要求的热处理炉，如GPCMA，满足航空二级炉，B类仪表要求：则有效空间内的温度均匀性要满足±5°C（或±6°C）；控温精度优于±1.7°C；除了控温和超温保护传感器（热电偶），还必须配置一根用于记录样品温度的传感器（热电偶）。除此之外，设备选配的仪表：温度控制器和记录仪；所有的热电偶都须经过认证的第三方出具可追溯的校验合格证书。

弗尔德（上海）仪器设备有限公司隶属全球技术领先者-弗尔德集团旗下，提供最先进的样品处理与分析设备及解决方案。

旗下五大品牌：德国Retsch（莱驰）粉碎、研磨、筛分设备，德国Microtrac MRB（麦奇克莱驰）多功能粒度粒形分析仪，Carbolite?Gero（卡博莱特?盖罗）烘箱、高温烘箱、箱式马弗炉、灰化炉、管式马弗炉、气氛马弗炉、真空马弗炉、高温马弗炉及工业定制炉，Eltra（埃尔特）碳/氢/氧/氮/硫元素分析仪，QATM（奥德镁）切割机、镶嵌机、磨抛机、硬度计。

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