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 ICS 49.040 V 16 HB/Z 419－2017 I 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。 HB/Z 419－2017 1 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 HB/Z 419－2017 2 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 HB/Z 419－2017 3 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 合金 类型 合金牌号 板材、带材及厚板 棒材及锻件 加热温度 ℃ 保温时间 min 冷却方式 加热温度 ℃ 保温时间 min 冷却方式 工业 纯钛 Ti40、Ti55、Ti70 650～815 15～120 空冷或更慢冷 650～815 60～120 空冷 α Ti－5Al－2.5Sn 705～845 10～120 空冷 705～845 60～240 空冷 Ti－5Al－2.5Sn ELI 700～900 10～120 空冷 705～845 60～240 空冷 Ti－8Al－1Mo－1V 760～815 60～480 炉冷a 900～1000 60～120 空冷或更快冷b Ti－3Al－2.5V 650～790 30～120 空冷或更慢冷 650～790 60～180 空冷或更慢冷 Ti－6Al－2Sn－4Zr－2Mo 705～815 10～120 空冷或更慢冷 705～790 60～120 空冷或更慢冷 α－β Ti－6Al－4Ve 705～870 15～60 空冷或更慢冷c 705～790 60～120 空冷 HB/Z 419－2017