1、 钛合金 转变温度测定方法 （ GB/T 23605-） 编制说明 （ 预审 稿 ） 2018-08 共 11 页第 1 页 钛合金转变温度测定方法 编制说明（ 预审 稿） 一、工作简况 1. 任务来源 根据国 标委 国家标准委 关于下达 2016 年第 一 批国家标准制修订计划的通知（国标委综合 201676 号） 的精神 ，由 宝钛集团有限公司、 西部金属材料有限公司 等单位 负责修订 钛合金 转变温度测定方法 国家标准。项目计划编号： 20161661-T-610，计划完成年限为 2018 年。 2. 起草单位简况 宝钛集团有限公司是我国 ： “ 三 五 ” 期间为满足国防军工和尖端科技
2、发展需要，以“ 902” 为工程代号投资兴建的国家重点企业。现拥有 “ 宝鸡钛业股份有限公司 ” 、 “ 南京钛业股份有限公司 ” 和 “ 上海远东公司 ” 等 10 多个控股公司、 5 个全资子公司和宽厚板、复合板、装备设计制造等 10 多个二级单位。可生产钛、锆、铪、钨、钼、钽、铌、镍等有色金属及其合金达 110 多 个牌号，产品类型包括：板、管、棒、丝、箔、铸件、锻件及复合材料共 6000 多种产品。经过四十多年的发展，目前已成为国内最大的以钛为主导产品的稀有金属材料专业化生产和科研基地，被誉为 “ 中国钛城 ” 。 1999 年 ，被国家科技部和中国科学院认定为 “ 高新技术企业 ”
3、。 2001 年首批获得国防科工委颁发的军工生产科研资格许可证。现隶属于陕西有色金属控股集团有限责任公司。 宝鸡钛业股份有限公司位于陕西省宝鸡市钛城路 1 号，成立于 1999 年 7 月 21 日。是由宝钛集团有限公司作为主发起人和控股股东设立的股份有限公司。是中国钛及钛合金生产和科研基地，是目前世界第四大钛加工企业和中国钛工业的龙头企业。公司拥有先进、完善的钛材生产体系和一批高素质专家队伍，从德、日、美、奥等国家引进的先进的主体装备，完善的产品质量保证体系，完备的生产体系、国 际领先的工艺技术、稳定的产品质量、高效的管理以及超前的营销理念。公司的主导产品类型有钛及钛合金铸锭、铸件、管材、棒
4、材、饼环材 、 锻件、板材、带材、箔材和丝材等。公司自成立以来一致注重产品的技术研发，承担了国内大部分钛加工材的科研和生产任务，引领着中国钛工业的发展和进步。 3. 主要工作过程 共 11 页第 2 页 宝钛集团有限公司接到有色标委下达的制订任务后，成立了标准编写组，召开了标准项目编写启动会议 ， 对标准编写工作进行了部署和分工。随后编制组对 GB/T 23605-2009钛合金 转变温度测定方法 、 HB6623.2钛合金 转变温 度测定方法 金相法和 EN3684 宇航系列钛合金加工产品 转变温测定方法 金相法 标准 方法 进行了 对比 研究， 结合 实际 测试 情况和用户对相转变温度测定
5、技术的新要求 ， 编写了 本标准的征求意见稿。 本项目主要工作过程经过了以下几个阶段： 1) 2016 年 11 月成立标准编制组，并明确了工作 职能和任务。 2) 2016 年 11 月 2017 年 1 月 对 我国钛及钛合金产品 标准 和用户 对 钛合金 转变温度测定 的 技术 要求 ， 国内检测实验室 实际 测试情况 进行了 资料 收集 和总结 。 3) 2017 年 2 月 2017 年 3 月对 与 钛合金 转变温度的应用和测试方法 相关的 技术资料 进行了 认真 分析和总结，形成了 钛合金 转变温度测定方法 的征求意见稿。 2017 年 3 月 23 日， 由 宝钛集团有限公司
6、和宝鸡钛业股份 有限 公司共同组织的 钛合金 转变温度测定方法 研讨会 在宝钛宾馆召开。 来自 中航检测有限公司、无锡透平有限责任公司 、 贵州安大、 430 厂、北京有色金属研究院、西部钛业有限责任公司、西北有色金属研究院、 国核宝钛锆业股份公司、宝钛集团有限公司、宝鸡钛业股份有限公司等 11家单位 23 位专家代表参加了会议。与会代表认真 对 钛合金 转变温度测定方法进行了讨论 ， 并形成以下会议纪要 ： 1） 将试验原理部分 “初生 ” 更改为 “ ” ； 2） 应按照合金类型和状态对亚稳合金试样坯时效处理进行具体规定。时效工艺 540 10 /8h.AC 尚需 由 宝钛和西北院共同通过
7、试验验证； 3） 统一了试样形状和尺寸的规定。规定 试样块应为直径为 10mm 12mm，高为 15mm的圆柱或者边长为 10mm 12mm，高为 15mm的长方体 ；对 直径 或边长小于 10mm的材料按产品尺寸执行； 4） 明确试样保温时间为 30min； 5） 规定淬火延迟时间“不超过 3s”； 6） 规定热处理温度间隔为 5，热处理试样组中至少有一个试样相含量达到 0%； 7） 删除 增加负载热电偶的规定； 8） 明确到温计时方法。规定试样入炉后， 应以炉膛有效工作区到达设定温度起计算开始保温时间 ； 9） 将范围的结果 表示方式 改为单点。 规定至少观察的 5 个视场中 相正好都为
8、0%共 11 页第 3 页 的试样所代表的温度确定为该熔炼炉号的 转变温度 ； 10） 对于单点的估算方法，是否在标准中明确方法的精度专家们意见尚不一致，待下次会议再确定； 11） 按照不同合金类型和状态 完善 附录 B 的 判定图谱； 与会代表一致同意，标准编制组按照以上修改要求，对标准文稿和编制说明进行修改后形成讨论稿。 2018 年 4 月 24 日 ， 全国有色金属标准化 技术委员会稀有金属分标委会在汉中市召开了钛合金转变温度测定方法等国家标准的讨论会。来自 中国有色金属工业标准计量质量研究所、湖南金天钛业科技有限公司、宝钢特钢有限公司、国核宝钛锆业股份公司、金堆城钼业股份有限公司、西
9、部超导材料科技股份有限公司、中国核动力研究设计院、中铝沈阳有色金属加工有限公司、遵义播宇钛材有限责任公司、西部金属材料股份有限公司 、宝钛集团有限公司、宝鸡钛业股份有限公司等 20 家单位 37 位专家代表参加了会议。与会代表认真对钛合金转变温度测定方法进行了讨论，并形成了 以 下会议纪要： 1） 第一章“范围”中明确 试验结果的 精度 为 5.5 不够科学严谨， 缺少 试验验证 。 2） 专家们对结果的判定 方法 争议较大，需通过再次讨论 确定； 3）建议附录 B 选择典型合金的淬火组织图片，按照原标准模式列出，无需给出相含量图片。 4）附录 B 中图片 的 信息应尽可能全面，包括合金牌号、
10、放大倍数，试样坯 的 状态等内容，以便试验者判定 结果 时能够准确 地 和典型图片比较。 与会代表一致同意，标准编制组按照以上修改要求，对标准文稿和编制说明进行修改后形成预审稿。 二、标准编制原则和确定标准主要内容的论据 原 标准 GB/T 23605-2009钛合金 转变温度测定方法 存在的 缺点和 不足主要 表现在 以下几个方面 ： （ 1） 原标准中第 4 章 -方法原理叙述：“ 型、 -型和亚稳定型钛合金在低于转变温度的状态下， 该方法是通过测定在估计的转变温度附近，采用不同温度进行热处理后的一系列试样金相组织中的初生相含量来完成的” ， 这 对亚稳型 钛 合金不够全面、准确 ， 仅包
11、含了 低于转变温度 的亚稳钛合金，使 高于转变温度的状态 （固溶或热 加工） 的 亚稳型 钛 合金 无法测定 转变温度 。 共 11 页第 4 页 （ 2） 原标准 没有对 高于转变温度的状态的亚稳型 钛 合金的 转变温度 测定 方法 做具体说明 ， 给 亚稳型钛合金 相变点测试 带来了 较大 困难 。 （ 3） 原标准 规定的 试样坯尺寸 和 HB6623.2-1992 中 的 不同 ， 使不同 标准 方法的 统一性变 差。 （ 4） 对 试样 保温时间 的规定 不够 具体 ， 热处理操作过程 的一致性 差 ， 可能 会 对测试结果产生一定 影响 。 （ 5） 试样 淬火延迟时间应不超过 5
12、s 的规定已不能满足客户对 试验 结果 精度 的 更高 要求。 （ 6） 原 标准 规定 “ 铸锭和中间坯料上取样， 试样热处理温度间隔为 10 ” ， 试验温度间隔太大 导致 结果 精度 降 低 ， 不能满足要求 。 （ 7） 原标准 规定“ 初生含量都小于 3%的试样 代表 的温度确定为该熔炼 炉号的转变温度 ” ， 不够具体 ，可行性差， 并且和判定图谱中的实际含量并不一致。具体 表现在：小于 3%所指的范围太大 ， 实际检测过程中 不同 试验者 选择的结果判定依据和方法 有 所 差异， 有的 和图谱比较得出结果 ，有的按照 0%的判据推算结果 ， 因此，由于原标准对相转变温度的结果判据
13、规定的不够详尽具体，造成 不同 试验者实际采用的判定依据不同，而使 测试结果 间的 差异很大 ； 实际检测中，确定样品 3%的初生含量操作比较困难，热处理试样组中很难有一个样品正好就是 3%。因此，检测人员对含量的判定误差较大，这也将造成相变点测试结果的分散性 加大，统一性降低； 尽管原标准中规定 结果判据为“初生含量都小于 3%” ，但 测得 附录 B 的 结果判定 图片 中 实际含量 约 为 0.2%，正好反映了 小于 3%的规定不够准确严谨 。 然而实际上 ，在 相转变温度范围内，相转变的快慢随合金 牌号 与 加工状态的 不同 而 不同 ，尤其是近合金加工产品比铸态和中间坯料都慢 。 所
14、以， 为了提高标准执行的一致性，并提高合金的相变点测试结果精度， 本次修订必须对结果判据进行具体规定 。 （ 8） 原标准中规定“ 铸锭和中间坯料上取样时，将初生含量都小于 3%的试样代表的温度与低于该温度的相邻热处理温度的范围确定为 转变温度 ”，结果 表示方式属于 范围，完全不能满足钛合金 热加工 新工艺及客户对相变点 试验 结果 精度 的更高要求 。 1. 标准编制原则 本标准是按照 GB/T 1.1-2009 标准化工作导则第 1 部分：标准的结构和编写的规定进行编写的。本标准在 编制 过程中， 标准编 制组广泛查阅和收集了国内 外 钛合金相变点测试方法 的相关标准和技术资料，充分研究
15、了其内容及技术指标。主要参考了 EN3684 和共 11 页第 5 页 HB6623.2， 并在 调查研究 国内 钛合金 主要生产 和使用企业 及科研机构 对钛合金相变点测试技术 和 要求 的基础上， 形成了 本标准的技术要求 。 2. 确定标准主要内容 的论据 2.1. 方法 原理 原标准 的 试验原理 介绍 部分 都 使用“初生” ， 表述 不 够准确，使亚稳钛合金相变点的测定有困难 。 原标准中第 4章 -方法原理叙述：“型、 -型和亚稳定型钛合金在低于转变温度的状态下，该方法是通过测定在估计的转变温度附近，采用不同温度进行热处理后的一系列试样金相组织中的初生相含量来完成的。” 然而 这
16、样的 方法原理不 完全 适用于亚稳 型钛 合金相变点的测定 ，若遵循此原理则导致其相变点无法测试。 因为 该类 合金 的 加工产品的终锻温度通常高于转变温度，所以从加工产品上取的试样坯，其室温组织一般是 亚稳 组织 ，并 不包含初生相 ， 固溶状态的亚稳型钛合金也是如此。 钛合金转变温度的定义是： 钛合金在加热过程中 相 全部转变为 相组织的最低温度 。这里的相指平衡相，可以是初生，也可以是时效析出 。 同时 参考 HB6623.2的原理介绍 ： “ 在 加热过程中，随着温度升高，钛合金中 相的含量越来越少， 相的含量越来越多 ， 达到某一临界温度后，钛合金将全部转变为 相组织。在该临界温度下
17、保持一定时间后快速淬火，可以得到没有 相的针状马氏体或亚稳定 相组织 ” ， 显然， 这里 的包括初生和析出，并且 全部 使用 “ 相 ” 。 因此，本 次 修订 结合 钛合金转变温度定义 和 HB6623.2，对 原标准 第 4条 -方法原理 进行了 重新修订 ， 将“初生 ”全部更改为“相”， 为亚稳 钛 合金相变点测试方法 的确立 提供重要的理论支持。 2.2. 试 样要求 2.2.1 试样坯来源 和组织 要求 将 原标准 第 5条“取样要求”改为“试样要求 ” ， 删除了“取样位置”，修改了试样坯来源 ，删除了对试样坯的组织要求 。 取样位置一般指 同一材料的不同几何部位。 因此，原标
18、准中 称“铸锭、棒坯、锻坯及板坯等中间坯料或棒材、板材 等 加工产品”为“取样位置” 并 不合适 。 而本标准第 5 章 规定的试样坯来源、尺寸、数量及亚 稳 钛 合金试样坯的时效处理都是对试样的具体要求，所以，本标准将第 5 章 “取样要求” 改为“试样要求” 。 相变点测试 的 目的是为制定产品热加工工艺提供理论依据。因此，试样坯的截取是根共 11 页第 6 页 据产品加工工艺需要，可发生在产品整个加工过程的任一环节，所以，本次修订删除了推荐首选在中间坯料和加工产品上取样测定 ， 同时删除 了原标准中 5.1.2 条对试样坯组织的要求。 为确保 试验过程的一致性和 试验 结果 的 精度 ，
19、规定试样坯应取自 产品的 同一加工环节。 2.2.2 试样尺寸 对 试样尺寸 做了统一 规定 。 GB/T 23605-2009 和 HB6623.2 中 对试样尺寸 的规定不一致 ， 可能 会 对测试结果产生 间接影响。因为 理论上 试样 大小 会 直接影响试样的 热透时间 和 淬透时间 ， 从而 影响试验 结果 。为了统一不同标准 中 试样尺寸的规定，尽可能 减小 试样尺寸带来的结果差异，本次修订 对试样块 尺寸 做了 重新 规定 ， 确定金相法测试相变点的 试样块 应 切取 为直径 10mm 12mm，高15mm 的圆柱或者边长 10mm 12mm，高 15mm 的长方 体 。 这样的规
20、定 同 HB6623.2-1992 一致 ，且与原 标准 也 不矛盾 。 表 1 是 本标准 ， GB/T 23605-2009 和 HB6623.2-1992 对 试样块 尺寸的 规定 。 表 1 2.2.3 试样坯的 时效处理 增加了 非时效 状 态 的 亚稳 钛 合金 ， 测试前 试样坯 应先时效处理的规定。 原标准对亚稳 钛 合金的 转变温度测试方法没有做具体规定，但现在很多产品标准都 要求这项测试 ，因此，本标准增加了 亚稳 钛 合金 转变温度 测定 的 具体方法。亚稳 钛 合金 含有临界浓度以上的 稳定元素，铸态、热变形、 固溶 状态 在室温下通常仅有极少量 相 ，大部分都是亚稳
21、相 组织 ，试样 在相转变温度范围内热处理，组织变化不 明显 ，很难 判定 合金的相转变温度。 经时效处理后， 亚稳 相 组织会转变成时效基体和 相组织，在加热过程中，随温度升高，相越来越少直至完全消失 。因此，对时效后的亚稳钛合金试样坯在相转变温度范围内热处理，可以测出相变点 。 查阅资料并通过大量 试验表明 TB2， TB3 和 TB5 采用 650 10 /1h 随炉冷至 550 10 .AC 的时效处理制度，可以满足测试要求。 因此，本 次修订 规定 非时效 态的亚稳 型 钛 合金转变温度测试前，应先对试样坯进行时效处理 。 推荐 TB2， TB3 和 TB5 的热处理制度为： 650
22、 10 /1h 随标准 本标准 GB/T 23605-2009 HB6623.2-1992 切取 试样块 的 尺寸 直径为 10mm 12mm，高为 15mm的圆柱体或者边长为 10mm 12mm，高为15mm 的长方体 直径为 10mm 15mm，高为 10mm 15mm的圆柱体或者边长为 10mm 15mm的立方体 直径为 10mm 12mm，高为 15mm的圆柱或者边长为 10mm 12mm，高为15mm 的长方体 共 11 页第 7 页 炉冷至 550 10 .AC。 2.2.4 试样坯 数量 原标准对试样 坯 数量 的 规定 不够具体 。本次修订 对其做了详细补充。 对批量生产性能稳
23、定的合金，相转变 温度 一致性较好，取样数量可适当减少。反之，若用于科学研究或新产品的开发，由于 相转变温度 范围 很难准确确定，可能需要更多试样才能测出试验结果。因此，本次修订规定在确保结果精度的前提下，试样数量可适当增减 。 2.3. 热处理 试验 本次修订 参考 GB/T 23605-2009、 HB6623.2-1992 及 EN3684，对部分试验条件和要求做了修改和补充完善。 本标准和 GB/T 23605-2009、 HB6623.2-1992 及 EN3684 中 的 试验技术要求 见表 2。 2.3.1 试验条件 2.3.1.1 炉温的均匀性 ： 保持一致。 结合目前国内各实
24、验室实际使用的热处理炉技术指标和用户对钛合金转变温度测定结果 精度 的要求，认为原 标准规定的 炉温均匀性不大于 3 满足使用要求，因此，本次修订与原标准保持一致。 表 2 2.3.1.2 保温时间 ： 将 保温时间 范围缩小 到 35 5min。 原标准中规定的保温时间 不够具体 ，导致 试验者在 实际操作过程中执行不一致， 理论上会对试验结果产生一定影响。结合表 2 中不同标准对保温时间的规定 ， 本 次修订 将 试样的 保温时间 由原标准 GB/T 23605-2009 规定的 15min 40min 改 为 35min 5min。 2.3.1.3 淬火延迟时间 ： 将 淬火延迟时间 由
25、 “不超过 5s”改为“不超过 3s” 。 技术要求 标准 炉温均匀性/ 试验条件 温度间隔 保温时间 淬火延迟时间 本标准 不大于 3 5 30min 不大于 3s GB/T 23605-2009 不大于 3 5 或者 10 15min 40min 不大于 5s HB6623.2-1992 不大于 3 5 30min 不大于 5s EN3684 10 15min 30min 共 11 页第 8 页 原 标准对试样淬火延迟时间“不超过 5s”的规定已不能满足客户对测试结果精度的要求。 连续升温金相法测定相变点的原理就是通过观察在相变点温度范围 内 热处理的淬火试样组织中含量的多少 来实现的。
26、试样 淬火 的 目的是为了保持 其 高温组织， 淬火延迟时间越短， 试样的 淬火组织越接近 其高温 组织， 也就是说，含量代表的试验温度越接近实际热处理 温度， 测试结果 越准确 。 标准编制组通过对一组 TC4 合金在相同温度下热处理，分别采用 15s、 10s、 8s、 5s、 3s、 1s 的淬火延迟时间测试试样淬火组织中 的 含量 。 结果表明淬火延迟时间大于 3s 时，随淬火延迟时间的增加，含量明显增加。 而 实际过程中由于热处理炉、检测人员熟练程度、 试验环境 不同 ， 淬火延迟时间 确实 存在 较大差异 ，为提高试验者操作一致性，确保 试验 结果 的 精度 ，本 次修订 规定试样
27、 淬火延迟时间 不超过 3s。 2.3.2 试验 要求 规定 试样的 热处理温度间隔为 5， 通常要求 在 相转变温度范围 内 至少选择 5 个温度点 ，特殊情况在保证 试验 结果 的 精度 的前提下，可 适当增减 试验温度个数 。 删除了 推荐 试样淬火后进行普通退火。 随着航空航天的发展和钛合金热加工工艺的不断改进 ， 需方对钛合金 产品 质量和测试结果 精度 的 要求 也 在 不断 提高 ， 客户要求试验结果报告单点 ， 显然， GB/T 23605-2009 的规定 “ 铸锭和中间坯料的试样坯 以 10 的 间隔进行热处理 ” 已不 能 满足用户的要求 。 因此，本标准 统一 规定试样
28、的热处理温度间隔 均 为 5 ， 这与 HB6623.2 的规定一致， 同时删除了原标准中“ 更精确的测定则采用更小的温度间隔 ” 。 通过调查发现原标准推荐试样淬火后进行普通退火的规定很少被各实验室执行，因此，本次修订删除了这条内容。 2.4. 金相试样 制 备 和组织显示 修改并做了补充 。 在 GB/T 23605-2009 发布实施的过程中，经过大批量的生产和试验验证， GB/T 23605-2009 中规定的金相试样制备和 组织显示 基本满足使用。 长期的试验结果表明， 当 和 - 型钛合金淬火组织 中 相不易判定时， 使用 2%NH4HF2（质量分数）擦拭 后可增加相衬度 ，所以
29、本 次修订 增加了这部分内容 ， 但 仅做推荐 。 2.5. 检验要求 细化了检验要求 。 原标准对试样淬火组织检验时所选取的放大倍数和含量的测定方法规定的不够详尽具体，本次修订 对其 做了补充和完善。 共 11 页第 9 页 2.6. 结果 的 判定 、表示 和 推算 将结果判据 中的 相含量小于 3%改为 0%， 删除 范围 的结果表示方式，改为单点表示方式，规定 单点 采用 平均值 法计算 获得。 在本标准编写过程中 ， 通过 深入调查 ， 发现目前各实验室对 GB/T 23605-2009 中规定的 相含量小于 3 的 结果 判 据执行情况并不相同，但大量 试验数据表明某些合金 ，如T
30、C17、 TC18 和 TB6 等近合金， 含量由 3%减少至 0%时 试样的淬火 温度升高 甚至 15，因此， 由于 各试验室结果判据 执行的不一致 导致 的 试验结果差异 很大的现象普遍存在 。 同时， 测得 GB/T 23605-2009 及 HB6623.2-1992 中用于 结果 判 定 的 图片 中 含量 在 0.2 1.5%之间 ， 远远小于 3%， 也间接反映了 试验者和标准图片比较时，执行的判定依据并不一致。为了结果判据被执行的一致性和测试结果的统一性， 并 结合 目前 大多数 实验室对结果判据具体的实施情况， 本 次修订 规 定 相为 0%的试样所代表的 最低 温度确定为该
31、熔炼炉号的 转变温度 ， 结果以 单点形式表示 。 一方面，不同合金类型其淬火组织形貌不同；另一方面，同种类型 不同合金 ， 或 同一 合金 由于加工状态的改变 ，其淬火组织 及组织 转变快慢不一致， 所以， 本次修订 附录 B 中 按照合金类型 列出了典型合金的淬火组织 图片。 试样坯的测试温度是在相转变温度范围 内 以 5的间隔选定的温度点，不一定恰好能代表 相正好为 0%的温度 ， 需要推算才能 确定该熔炼炉号的 转变温度 。 本次修订规定 转变温度 通过 含量为 0%的 试样代表的 热处理温度和 相邻的 含量 大于 0%的试样代表的 热处理温度 采用平均 值 法 计算获得 ，结果 保留
32、 整数。 这和 EN3684 规定的 “记录初生 含量为 0%的热处理温度和 含量 大于 0%的 相邻 低的 热处理温度 ” 有相似之处。 2.7. 重复检验 和原标准保持一致。 尽管 HB6623.2 中对 重复检验进行了明确规定 。 但是标准编制组认为重复检验应由产品标准规定， 所以 本 次修订 对重复检验未做规定，和原标准 及 EN3684 中 一致。 2.8. 附录和 替换 了附录 B 的 图谱 。 附录和属于资料性附录。附录 A 基本涵盖了常见钛合金牌号， 基本 能满足目前 的使用 ， 表 A.1 仅增加了 TC17 合金的参考相转变温度范围，其余 未作更改 。 由于本标准重新对结果判据做了规定并要求结果以单点的形式 表示 ，因 此，为使用者方便使用 标准， 并且 测量 结果 一致性 更 好， 附录 B 按照 合金类型 增加了典型常见 合金 的淬火组织 图片 。
