淺談緊固件熱處理的質(zhì)量管理

楊亞飛

南方泵業(yè)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(jié)果

本試驗依據(jù)標準GJB3763A—2004《鈦及鈦合金熱處理》制定了TC16成品棒材相應(yīng)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(jù)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(jù)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(jié)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(chǎn)品性能要求，且在測試冷頂鍛工藝性能時，均產(chǎn)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(chǎn)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(wěn)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(chǎn)品要求。

2 試驗結(jié)果分析

表1 TC16棒材退火工藝

表2 TC16棒材退火態(tài)力學性能

圖1 TC16棒材各種退火狀態(tài)下的顯微組織

TC16棒材各種退火狀態(tài)下的顯微組織如圖1所示。眾所周知，α+β兩相合金和亞穩(wěn)定β型鈦合金退火時除再結(jié)晶過程外還可能發(fā)生與相變有關(guān)的組織性能的變化，TC16這種β穩(wěn)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(fā)現(xiàn)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(fā)生變化，而導致4種熱處理工藝下的顯微組織產(chǎn)生了不同之處；比較4種金相圖發(fā)現(xiàn)，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(jié)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(wěn)定性較好。這一現(xiàn)象與相關(guān)資料研究得到的結(jié)論相吻合，以2℃/min-4℃/min的速度爐冷時，可以得到相當穩(wěn)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(fā)生變化后，TC16鈦合金中α相和β相的分布比例會產(chǎn)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(wěn)定β相在第二階段繼續(xù)并完全分解，亞穩(wěn)定β相的分解方式可以簡單地表示為：β亞穩(wěn)定→β亞穩(wěn)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(tài)下的強度較之其他幾種退火狀態(tài)下的要高些，這是與亞穩(wěn)定β相的分解彌散強化相關(guān)的；雙重退火狀態(tài)下的塑性也比較高，這與α相含量有相當?shù)年P(guān)系，因此可以解釋在兩種退火狀態(tài)下的冷頂鍛試驗中，空冷方式全部開裂而雙重退火狀態(tài)下全部合格的測試結(jié)果[3]。

3 結(jié)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(wěn)定β相的分解產(chǎn)生彌散強化，冷頂鍛測試性能全部合格。