关键词：热处理;钛合金;组织结构;网篮组织
1.钛及其合金的性质与应用
钛是一种化学性质稳定的金属，金属材料领域围绕这种金属展开的研究很多。首先单金属钛方面就有学者合成出纳米结构钛，如纳米钛溶胶，被广泛应用于陶瓷、塑料、涂料、化妆品等行业[1]。还有学者通过刻蚀等工艺制备出多孔钛材料，被应用于化学催化领域，作为催化剂使用过程中，发现钛材料具有很高的使用寿命及安全可靠性。近来，钛合金成为了研究热点，因为不同金属结合的合金具备每种金属自身的优势：如使熔点降低，便于铸造成型，增加某些特殊性能，合金的硬度大于其组成的金属等。
钛合金主要分为α型、α+β型和β型三大类。钛合金具有高强度、优异的力学性能、耐腐蚀、耐热、均匀性高、力学性能达标，被广泛应用于飞机发动机压气机零部件。超高强度钛合金在航天飞机中的应用概率越来越高，成为衡量战斗机先进性的一个重要标准[2]。进一步提高钛合金的比强度，对于减轻飞机重量有重大的战略意义，是未来航天发展的方向。
单金属钛或者二元钛合金使用成本较高，经济效益低，因此在人民生活领域的推广受到限制，目前仅仅在军事航空领域应用比较广泛。随着研究的深入，人们根据具体的设计和使用性能要求，在充分考虑到经济成本的情况下，相继研究合成了铝基、镍基、铜基、铁基、钢基、锌基和锡基的多种金属基材的复合材料，与单纯钛材料相比既具有优异的力学性能，又具有良好的耐磨、耐高温和一定的耐蚀性，因此是一种优良的廉价复合金属材料。
2.钛合金的热处理工艺概述
钛合金的热处理工艺常见有退火处理、固溶时效处理、形变热处理和化学热处理，固溶时效处理是钛合金的典型热处理方法。退火处理应用范围广泛，几乎可适用于各种类型的钛合金。固溶时效热处理分为固溶处理和时效处理两个过程，固溶处理能够有效减少热加工过程中所产生的组织不均匀性。固溶处理虽然不能提高合金强度，但其对后面的时效处理强化效果有明显的影响。固溶需考虑的因素主要是固溶温度、保温时间、冷却方式。固溶处理后淬火主要是为了保留在α型与β型相变过程中产生的亚稳定相，因为这些亚稳定相在随后的时效过程中能分解成许多不同的形态，对钛合金的力学强度转变起到至关重要的作用。形变热处理是将金属的塑性变形，如锻造、轧制、挤压等，同热处理过程有机结合起来，这一过程可安排在同一工艺周期内完成，也可在不同时间周期内进行。通过形变热处理这一过程，可综合发挥形变强化和热处理强化的双重优势，最大程度避免两种工序自身造成的品质缺陷，是提高钛合金综合使用性能指标如蠕动性，行之有效的方法。
3.新型钛合金Ti-Cu-Fe-Ni的制备及热处理工艺
（1）分别称取0.12克FeSO4、0.08 克 CuSO4、0.04克NiSO4于50 mL的烧杯中，加入50 mL的去离子水，搅拌均匀。
（2）以海绵钛为阴极，碳棒为阳极，恒电流10 mA下，在步骤（1）的溶液中电沉积80 min，得到Ti-Cu-Fe-Ni合金。
表1 Ti-Cu-Fe-Ni合金不同热处理工艺
4.不同热处理前后Ti-Cu-Fe-Ni合金组织结构变化
4.1直接时效后合金的 SEM 分析
直接时效处理其实属于形变热处理，在440℃将Ti-Cu-Fe-Ni合金处理12小时。对比时效处理前后扫描电镜图如图1所示。时效处理前所形成的钛合金比较分散，结合松散，而经过直接时效处理后钛合金颗粒明显结合均匀而又紧密。另外复合材料的强度也取决于颗粒的直径、间距，从这形貌可以看出直接时效处理后颗粒小，间距小，具有更强的力学特性。
图1 时效处理后Ti-Cu-Fe-Ni合金SEM 图2 固溶+时效处理后Ti-Cu-Fe-Ni合金SEM
4.2固溶+时效处理后合金的 SEM 分析
金相法测定Ti-Cu-Fe-Ni合金相变点约为860 ℃ [3]，在相变点温度860 ℃固溶处理30分钟后再时效处理12小时，固溶+时效处理前后扫描电镜图如上图2所示。固溶+时效处理后钛合金结合十分紧密，相互交织成网篮组织，蠕动性能及力学强度都得到很大提高，这源于固溶处理与时效处理有效的结合。
5. 结论
对比直接时效热处理与固溶+时效处理对新型钛合金结构性能影响。这两种方式热处理后Ti-Cu-Fe-Ni合金颗粒结合的均匀紧密，而在固溶+时效处理后Ti-Cu-Fe-Ni合金形貌变为典型的网篮组织，力学及蠕变性能提升最明显。
参考文献：
[1]张喜燕， 赵永庆， 白晨光等. 钛合金及应用[M]. 北京： 化学工业出版社， 2005
[2]毛彭龄.两相钛合金的相变特征和热处理规范[J].上海钢研，1995，（3）：50-58.
[3]吴晓东，葛鹏， 毛小南.BT22 钛合金相变点的测定[J]. 热加工工艺 ，2009，38（2）：124-125.