20世紀(jì)70年代,莫斯科飛機(jī)制造研究院研究了氫對(duì)鈦合金加工性能的影響,提出“氫塑化”的概念,以氫作為臨時(shí)合金元素,通過滲氫、共析分解、真空除氫等工序,利用氫致塑性、氫致相變,以及鈦合金中氫的可逆合金化作用,改善加工性能,細(xì)化材料的顯微組織。

　　氫處理法可用于細(xì)化鈦合金鑄件和鍛件的晶粒組織,提高其力學(xué)性能。有文獻(xiàn)報(bào)道,采用氫處理法可細(xì)化TiAl合金的顯微組織,使其壓縮強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度均獲顯著提高。在實(shí)際應(yīng)用中,通常又可以將氫處理技術(shù)與相應(yīng)的后續(xù)熱處理和熱變形處理相結(jié)合,從而獲得非常細(xì)小的晶粒組織。有研究表明,對(duì)置氫鈦合金進(jìn)行高溫大尺度變形,可以形成晶粒尺寸約為1μm的等軸細(xì)晶,甚至形成納米尺度的晶粒。對(duì)Ti-6.3Al-3.5Mo-1.7Zr(%,質(zhì)量分?jǐn)?shù))合金的研究表明:氫處理中氫原子分?jǐn)?shù)為14%～16%、變形溫度降至550℃,再通過變形過程和亞穩(wěn)相的分解過程,最終獲得了晶粒尺寸為40nm的納米晶粒。比較不同晶粒尺寸Ti-6Al-4V合金的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線,可以看到,與粗晶粒或一般細(xì)晶粒材料相比,超細(xì)晶粒材料呈現(xiàn)出高屈服強(qiáng)度和高延伸率。

　　讓鈦合金吸收大量氫原子(氕),然后讓這些氫原子(氕)在高溫真空下解吸,這種處理稱為氕處理。對(duì)于α+β型鈦合金,氕處理包括以下3個(gè)過程:(1)氫氣氛中的氕吸收;(2)馬氏體轉(zhuǎn)變和熱加工最終引起彌散的氫化物析出;(3)最后的氕解吸處理和再結(jié)晶化。據(jù)報(bào)道,對(duì)Ti-6Al-4V合金進(jìn)行氕處理,合金吸收0.5%的氕,在873K解吸,顯示出超細(xì)等軸晶組織,且具有大角晶界,晶粒尺寸在300～500nm范圍。研究表明,氕處理法會(huì)增加α基體中β相的含量。拉伸測(cè)試表明:室溫下該合金的屈服強(qiáng)度有所提高,而在1123K合金的最大延伸率達(dá)到9000%。另有報(bào)道,對(duì)Ti-6Al-4V板材進(jìn)行氕處理,氕含量為0.5%,然后進(jìn)行1223K淬火,在1023K熱軋到厚度減縮率為80%,在873K進(jìn)行氕解吸,成功生產(chǎn)出具有超細(xì)等軸晶的均勻組織,晶粒尺寸為0.3～0.5μm。測(cè)試結(jié)果表明,該合金的超塑性延伸率等力學(xué)性能隨著晶粒尺寸的減小而明顯提高。

　　盡管氫處理法顯示出細(xì)化鈦合金的巨大潛力,但與其它常規(guī)方法相比,氫處理法成本較高,而且對(duì)于較大的結(jié)構(gòu)件,該處理法也存在氫分布不均勻、設(shè)備條件要求高等問題,尚需進(jìn)一步研究解決。