高清可复制 HB/Z 419-2017 民用飞机用钛及钛合金热处理工艺

　　ICS 49.040 V 16

　　HB/Z 419-2017

　　民用飞机用钛及钛合金热处理工艺

　　Heat treatment of titanium and titanium alloys for civil aeroplane

　　2017-04-12 发布 2017-10-01 实施

　　中华人民共和国工业和信息化部 发 布

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。

　　本标准由中国航空综合技术研究所归口。

　　本标准起草单位：中国航空工业集团公司北京航空材料研究院、中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院、中国商用飞机有限责任公司上海飞机制造有限公司、中国航空工业集团公司成都飞机工业 (集团)有限责任公司。

　　本标准主要起草人：王清瑞、沙爱学、张 韧、杨冬雨、刘东波、李国庆、刘东升。

　　民用飞机用钛及钛合金热处理工艺

　　1 范围

　　本标准规定了民机用钛及钛合金热处理的总则、设备和介质、热处理前的准备、热处理制度、检验和质量控制等要求。

　　本标准适用于民机用钛及钛合金半成品和零件的热处理。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本 (包括所有修改单)适用于本文件。

　　GB/T 4842 氩

　　GB/T 4698 海绵钛、钛及钛合金化学分析方法 真空加热气相色谱法测定氢量

　　GB/T 23603 钛及钛合金表面污染层检测方法

　　HB 5354 热处理工艺质量控制

　　HB 5425 航空制件热处理炉有效加热区测定方法

　　3 总则

　　热处理采用的所有设备和工艺应保证氧、氮、氢、碳对工件的污染程度最低，并保证热处理后的工件满足相应技术文件的要求。也可采用能满足上述要求的其他工艺，但应征得需方同意。

　　4 设备和介质

　　4.1 概述

　　工件可以采用空气炉、燃气炉、燃油炉 (弱氧化气氛)、惰性气体炉或真空炉等设备进行热处理。严禁炉中呈还原性气氛。

　　4.2 加热设备

　　4.2.1 采用空气炉进行热处理时，利用电热元件加热，炉内气氛为空气。

　　4.2.2 采用燃油炉或燃气炉进行热处理时，利用燃油或燃气加热，炉内气氛应为弱氧化性气氛，且火焰不应与工件直接接触。

　　4.2.3 采用惰性气体炉进行热处理时，利用电热元件加热，炉内气氛为惰性气体，惰性气体应循环良好，并能保护工件的所有表面。炉内的管道和装料区应密封好，以防止工件的污染超出相应技术文件的要求。

　　4.2.4 采用真空炉进行热处理时，真空炉内的真空工作压强应不大于 6.7×10-2Pa。当温度超过 750℃时，一般将真空工作压强控制在不小于 2×10-3Pa，或采用高纯氩气进行分压控制。进行过真空钎焊的热处理炉不宜直接用于钛合金的真空热处理。

　　4.3 炉温均匀性或炉温分布

　　加热设备的炉温均匀性按照 HB 5354 中的有关规定进行检测。炉温均匀性测量方法按照 HB 5425中规定执行。钛及钛合金退火热处理应采用不低于Ⅲ类热处理炉，时效热处理应采用不低于Ⅱ类热处理炉。加热炉的每个加热区至少应有两支热电偶，一支接记录仪表，并应安放在有效加热区内;另一支接控温仪表。其中至少一个仪表应具有报警功能并接报警装置。工艺要求的温度应反映在记录仪表上。

　　4.4 加热介质

　　4.4.1 加热时，炉内可以是真空，也可以是下列气氛：

　　a) 空气;

　　b) 碳氢化合物 (燃油、燃气)燃烧后产生的弱氧化性气氛的混合物;

　　c) 惰性气体：高纯氩符合 GB/T 4842。

　　4.4.2 在不能对工件表面的污染进行清理时，应在惰性气体或真空中加热。气氛的选择应保证热处理后的工件表面质量等满足相关技术文件的要求。

　　4.4.3 在整个热处理过程中，禁止使用下列介质加热：

　　a) 盐浴;

　　b) 吸热式或放热式气氛、氢气气氛以及氨裂解后形成的气氛。

　　4.5 冷却设备

　　4.5.1 对于要求在空气中慢冷的工件，应使用铁箱或沙箱。

　　4.5.2 对于要求在空气中快冷的工件，应使用风扇。

　　4.5.3 淬火槽应符合 HB 5354 的规定，并应保证工件在其所盛淬火介质中进行淬火或再经时效后能满足规定的性能要求。必要时淬火槽可带机械搅拌等装置。

　　4.5.4 对薄板、厚板和带材进行固溶处理的连续式炉可采用喷雾或流体淬火冷却系统。该系统应在工件出炉时以一定的流速将雾状或液状的淬火剂均匀地喷在工件的所有表面上并使之保持一段时间，以保证工件在进行固溶热处理或再经时效后能达到规定的性能要求。

　　4.6 淬火介质

　　4.6.1 淬火介质一般为：

　　a) 空气;

　　b) 惰性气体：高纯氩，纯度不低于 99.999%， (GB/T 4842);

　　c) 水：淬火过程中水温宜保持在 10℃~40℃范围内;

　　d) 油：淬火过程中油温宜保持在 10℃~100℃范围内。

　　4.6.2 禁止使用盐浴淬火。

　　4.7 辅助设备

　　4.7.1 支架、夹具、托盘和通风装置等应保证每一工件均能按本标准进行热处理，并应不对炉膛产生污染。

　　4.7.2 所有与工件接触的托盘、支架或夹具应不与工件发生反应，一般由耐热金属，如不锈钢或镍基合金，或陶瓷和其他材料制成。

　　4.7.3 在加热和淬火过程中，夹具应保证工件周围的加热介质和淬火介质均能自由流动，并尽量减小工件的变形。

　　5 热处理前的准备

　　5.1 表面清理

　　热处理前，应彻底清除工件和夹具表面的润滑油脂、卤化物以及其他有害的外来物。若工件随后不进行碱洗或酸洗，一般应使用酒精、汽油、丙酮除油，不允许使用卤化溶剂或甲醇除油。

　　5.2 保护涂层

　　允许使用保护涂层对工件进行保护，使用此方法需经过试验验证。

　　5.3 炉内清洗和清理

　　热处理前，应对含有热处理禁用气氛的热处理炉进行清洗。清洗用的气体为空气或惰性气体，气体用量至少应为炉膛容积的两倍。应对沾有盐浴残留物或其他有害物质的热处理炉进行清理，具体要求如下：

　　a) 采用空气炉、燃油炉或燃气炉进行热处理时，应在装炉前清洗。用气流清洗时，炉内的最低温度应为工件热处理时的预定保温温度。不能用气流进行清洗时，炉内温度至少应比热处理的预定保温温度高 110℃,并在此温度下至少保温4h。

　　b) 采用惰性气体炉进行热处理时，应在装炉后清洗。工件应冷态装炉，随后进行清洗并使炉内充满惰性气体。按照有关要求对工件进行加热和保温。

　　c) 采用真空炉进行热处理时，应在装炉前清洗。炉内真空工作压强应尽可能低，至少不大于

　　6.7×10-2Pa。加热温度应比已进行过的最高热处理温度至少高 10℃以上，保温时间不少于 1h。必要时可带随炉检验试样，随后按相关规定检查随炉试样表面污染情况，以检查清洗是否充分。

　　6 热处理制度

　　6.1 概述

　　除产品规定或相关技术文件另有规定外，钛合金 (钛合金牌号对照参见附录 A)不同热处理的工艺参数 (如加热温度、保温时间)应符合本标准的规定。保温时间一般从控制热电偶最低读数达到规定的热处理温度时开始计算，有特殊要求时，按有关规定执行。

　　6.2 退火

　　退火采用的加热温度应符合表 1 的规定。保温时间可从表 1 中选取，也可根据工件的厚度参考表2选取。

　　表 1 退火制度

　　表 1 退火制度 (续)

　　表 2 工件厚度与保温时间之间的一般对应关系

　　6.3 β 退火

　　对于 Ti-6Al-4V 、Ti-6Al-4V ELI、Ti-6Al-6V-2Sn 和其他 α-β 合金，若规定 β 退火或 β固溶热处理，则应在该合金 β 转变温度以上 28℃±14℃加热并保温不少于 30min。工件在空气或惰性气体中冷至环境温度，不允许随炉冷却。除合同或图样另有规定外，不允许水冷。若规定水冷，Ti-6Al -4V 、Ti-6Al-4V ELI、Ti-6Al-6V-2Sn 合金水冷后还应在 730℃~760℃保温 1h～3h，进行第二次退火。

　　6.4 去应力退火

　　去应力退火所采用的温度和时间应按表 3 的规定。工件应在真空、空气或惰性气体中冷却或者随炉冷却。对于已固溶热处理且时效强化或经过双重退火的钛合金，去应力退火应小心进行，加热温度不应超过时效温度或第二阶段退火温度。

　　表 3 去应力退火制度

　　6.5 固溶处理

　　对于 α-β 合金，淬火前的加热在 α-β 区的温度下进行;对于 β 合金，淬火前的加热大多在高于 β转变温度或 α-β 区上部的温度下进行。固溶热处理制度应按表 4 的规定执行。合金淬火延迟时间应符合表 5 的规定。Ti-6Al-4V 半成品应符合表6 的规定。

　　表 4 固溶热处理制度

　　表 5 最长淬火延迟时间

　　表 6 Ti-6Al-4V 半成品最长淬火延迟时间

　　6.6 时效

　　固溶热处理后应按表 7 的规定对合金进行时效。时效后，工件应在真空、空气或惰性气体中进行冷却或随炉冷却。

　　表 7 时效制度

　　7 检验

　　7.1 检验项目为氢污染和表面污染。

　　7.2 检验周期：除每个热处理炉批进行过分析或在真空炉或惰性气体炉中加热的以外，每周检验氢污染情况;表面污染按产品要求进行周期检验。

　　7.3 检验方法：氢污染检验按 GB/T 4698 进行;表面污染检验按 GB/T 23603 进行。

　　8 质量控制

　　8.1 设备

　　热处理设备的控制和管理应按 HB 5354 规定执行。

　　8.2 人员

　　热处理操作人员、仪表员、检验员必须经过培训、考核，取得合格证，持证上岗。

　　8.3 工艺材料

　　8.3.1 各种热处理工艺材料均不应对工件产生有害影响。并应符合相应的国家标准、行业标准或专用技术标准，工艺材料的管理应符合 HB 5354 的相关规定。

　　8.3.2 工艺材料应有供方质量保证单或合格证。

　　8.4 环境

　　热处理环境应满足 HB 5354 中的相关规定。

　　8.5 记录

　　8.5.1 除另有规定外，检验记录至少应保存十年，存档备查。

　　8.5.2 校准记录至少应保存十年，存档备查。

　　8.5.3 本标准要求的全部试验结果应从试验之日起至少保存十年，存档备案。

　　8.5.4 每台加热炉的使用证明和相关记录应作为符合本标准的证据予以保存。除另有规定外，这些记录应从操作之日起保存十年。记录的内容至少应包括：

　　a) 加热炉的设备名称及编号;

　　b) 有效加热区尺寸;

　　c) 适用的温度范围;

　　d) 采用的热处理方式。

　　附 录 A

　　(资料性附录)

　　钛及钛合金国内外牌号对照

　　国内外钛及钛合金牌号对照表见表 A.1。

　　表 A.1 钛及钛合金国内外牌号对照表