采用氢处理法细化钛合金

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超细晶钛合金具有一系列突出优点，其室温强度在一定程度上得以提高，高温拉伸时具有极大的延伸率。细化晶粒通常采用大变形法来获得，如等径弯角挤压、高压扭转、多轴锻造以及累积卷压焊等。除此之外，对钛合金还可以采用氢处理法。
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２０世纪７０年代，莫斯科飞机制造研究院研究了氢对钛合金加工性能的影响，提出“氢塑化”的概念，以氢作为临时合金元素，通过渗氢、共析分解、真空除氢等工序，利用氢致塑性、氢致相变，以及钛合金中氢的可逆合金化作用，改善加工性能，细化材料的显微组织。
氢处理法可用于细化钛合金铸件和锻件的晶粒组织，提高其力学性能。有文献报道，采用氢处理法可细化ＴｉＡｌ合金的显微组织，使其压缩强度和屈服强度均获显著提高。在实际应用中，通常又可以将氢处理技术与相应的后续热处理和热变形处理相结合，从而获得非常细小的晶粒组织。有研究表明，对置氢钛合金进行高温大尺度变形，可以形成晶粒尺寸约为１μｍ的等轴细晶，甚至形成纳米尺度的晶粒。对Ｔｉ-6.3Ａｌ-3.5Ｍｏ-1.7Ｚｒ（％，质量分数）合金的研究表明：氢处理中氢原子分数为14％～16％、变形温度降至550℃，再通过变形过程和亚稳相的分解过程，最终获得了晶粒尺寸为40ｎｍ的纳米晶粒。比较不同晶粒尺寸Ｔｉ-６Ａｌ-４Ｖ合金的工程应力-应变曲线，可以看到，与粗晶粒或一般细晶粒材料相比，超细晶粒材料呈现出高屈服强度和高延伸率。
1 a% m( ?5 l' S让钛合金吸收大量氢原子（氕），然后让这些氢原子（氕）在高温真空下解吸，这种处理称为氕处理。对于α＋β型钛合金，氕处理包括以下３个过程：（１）氢气氛中的氕吸收；（２）马氏体转变和热加工最终引起弥散的氢化物析出；（３）最后的氕解吸处理和再结晶化。据报道，对Ｔｉ-６Ａｌ-４Ｖ合金进行氕处理，合金吸收0.5％的氕，在873Ｋ解吸，显示出超细等轴晶组织，且具有大角晶界，晶粒尺寸在300～500ｎｍ范围。研究表明，氕处理法会增加α基体中β相的含量。拉伸测试表明：室温下该合金的屈服强度有所提高，而在1123Ｋ合金的最大延伸率达到9000％。另有报道，对Ｔｉ-６Ａｌ-４Ｖ板材进行氕处理，氕含量为0.5％，然后进行1223Ｋ淬火，在1023Ｋ热轧到厚度减缩率为80％，在873Ｋ进行氕解吸，成功生产出具有超细等轴晶的均匀组织，晶粒尺寸为0.3～0.5μｍ。测试结果表明，该合金的超塑性延伸率等力学性能随着晶粒尺寸的减小而明显提高。
' ], K! M* Q/ e尽管氢处理法显示出细化钛合金的巨大潜力，但与其它常规方法相比，氢处理法成本较高，而且对于较大的结构件，该处理法也存在氢分布不均匀、设备条件要求高等问题，尚需进一步研究解决。