淺談緊固件熱處理的質量管理

楊亞飛

南方泵業智水（杭州）科技有限公司 浙江杭州 311113

1 熱處理試驗

1.1 材料

試驗材料選用Φ6mm棒材，通過金相分析法測得試驗鑄錠的相變點為860℃-865℃。

1.2 熱處理工藝及結果

本試驗依據標準GJB3763A—2004《鈦及鈦合金熱處理》制定了TC16成品棒材相應的熱處理試驗工藝，見表1。從表1中可以看出：本試驗制定了4份退火工藝，共2類（普通退火、雙重退火），根據鈦及鈦合金緊固件力學性能測試取樣要求，每份工藝試樣為5組。對根據表1熱處理工藝熱處理后的試樣進行了力學性能及工藝性能的測試，其結果如表2所示。

由表2可知：780℃保溫2h后空冷的熱處理工藝中，所測試的5組力學性能中有3組抗拉強度Rm不能滿足產品性能要求，且在測試冷頂鍛工藝性能時，均產生開裂；780℃保溫2h隨爐冷至550℃后空冷的熱處理工藝中有3組斷面收縮率Z低于產品性能要求；另外的兩份退火工藝中，其力學性能均滿足要求。對比滿足要求的兩份退火工藝，雙重退火的Rm值平均高76MPa，Z值較穩定且略高1%，冷頂鍛工藝性能均合格[1]。因此，從力學性能是否能夠滿足要求的角度來看：我們可以選擇出780℃保溫2h，爐冷至500℃后空冷熱處理工藝及780℃保溫2h，空冷，再在630℃保溫4h，空冷的熱處理工藝較適合產品要求。

2 試驗結果分析

表1 TC16棒材退火工藝

表2 TC16棒材退火態力學性能

圖1 TC16棒材各種退火狀態下的顯微組織

TC16棒材各種退火狀態下的顯微組織如圖1所示。眾所周知，α+β兩相合金和亞穩定β型鈦合金退火時除再結晶過程外還可能發生與相變有關的組織性能的變化，TC16這種β穩定元素含量較高的鈦合金的顯微組織一般都呈多邊形化。

觀察圖1（a）-圖1（d）顯微組織，可以發現在相同的退火溫度下保溫相同的時間后，僅僅是由于熱處理工藝中的冷卻方式發生變化，而導致4種熱處理工藝下的顯微組織產生了不同之處；比較4種金相圖發現，圖1（c）、圖1（d）的α相含量較圖1（a）、圖1（b）的金相組織中α相含量多，同時可以注意到，圖1（d）中的α相和β相分布更加彌散。結合表2可知：采用隨爐冷卻到一定溫度后再空冷的冷卻方式，材料力學性能的穩定性較好。這一現象與相關資料研究得到的結論相吻合，以2℃/min-4℃/min的速度爐冷時，可以得到相當穩定的α+β組織。至于各工藝之間機械性能存在高低不等的差異，這與其他的兩相合金一樣，在冷卻方式發生變化后，TC16鈦合金中α相和β相的分布比例會產生變化，從而引起材料機械性能的變化[2]。

雙重退火的第一階段中組織及相組成的特點如上所述，在空冷過程中沒有分解的亞穩定β相在第二階段繼續并完全分解，亞穩定β相的分解方式可以簡單地表示為：β亞穩定→β亞穩定+α→β+α。這個過程在電子金相研究中可以被觀察到，最終的顯微組織如圖1（d）所示，具有更加彌散的α相組織且其含量遠遠高于β相的含量。在表2中，雙重退火狀態下的強度較之其他幾種退火狀態下的要高些，這是與亞穩定β相的分解彌散強化相關的；雙重退火狀態下的塑性也比較高，這與α相含量有相當的關系，因此可以解釋在兩種退火狀態下的冷頂鍛試驗中，空冷方式全部開裂而雙重退火狀態下全部合格的測試結果[3]。

3 結語

（1）780℃保溫2h后以2℃/min-4℃/min的速度爐冷至400℃-500℃，然后在空氣中冷卻，可保證最大的塑性和最小的強度。

（2）780℃保溫2h后在空氣中冷卻，再在630℃保溫4h，空冷，即可保證最大的塑性和也可具有相當高的強度。

（3）雙重退火可使亞穩定β相的分解產生彌散強化，冷頂鍛測試性能全部合格。