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钛合金的无损检测主要问题

时间:2023-07-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:这种新相可能是一种熔点低于基体材料的低熔点共晶,它会使零件在未达到设计温度时即破坏,此外也可能会生成一种硬而脆的化合物,进而成为产生破坏的裂纹源。

钛合金的无损检测主要问题

1.间隙型元素偏析(Ⅰ型偏析)

间隙型元素偏析是指氧、氮等间隙元素的富集区,最严重的情况是以这些元素的化合物形式出现。这种被氧或氮污染而脆化了的α相晶粒具有特别高的硬度(≥55HRC),在微观组织中可表现为存在于小孔洞的周围。这些小孔洞往往是不连续的,能出现在横断面的任何部位。由于孔洞会引起应力集中,这类偏析被认为是最有害的。Ti-8AlMo-1V合金中的α孔洞(25×)如图10.2-22所示。这类偏析出现于试件表面,为硬α外壳,会导致表面开裂;这种偏析存在于材料内部,如不伴以孔洞、裂纹,用超声波法是难以检出的。可用5MHz以上(至25MHz)分区聚焦法对不同直径的钛坯进行超声波C扫描观测。发现问题解剖检查,如证实为硬α,该批坯料不得用于航空航天件。

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图10.2-22 Ti-8AlMo-1V合金中的α孔洞(25×)

2.化学成分偏析(Ⅱ型偏析)

这种组织缺陷往往是由于中间合金颗粒没有被完全熔化所引起,可导致微观组织和宏观组织的变化。

3.反常的α相形态

在熔炼或加热过程中,出现局部氧含量增大时,往往会发现粗大的α相析出;当合金在(α+β)相区长时间加热时,也会产生粗大的α相析出,有时α相颗粒尺寸可达到20~30μm,这最容易在锻件难变形区域观察到。实际上,粗大的α相对抗拉强度和塑性没有影响,但会使疲劳强度降低。因此,在实际生产中,不允许出现粗大的α相颗粒。反常α相的另一种表现形式是带状α组织,容易在模锻件中的金属强烈流动区域出现。当在α相含量高的(α+β)相区下部进行锻造时,有可能通过变形使α相沿流线排成一串,这种反常α相形态对疲劳性能有不利的影响。

4.难熔金属夹杂(www.xing528.com)

难熔金属夹杂主要是由于在配料或焊电极时带入钨、钼等难熔金属造成的。在真空电弧熔化过程中,这些外来物熔点高或密度大而没有被充分熔化。对于锻坯,可采用5MHz大孔径聚焦阵列换能器检测,以提高检测质量。

5.干净的孔洞

在盘件中已发现过干净的孔洞,被认为是由过度的热加工力所引起的应变感生孔洞。虽然这种缺陷没有像Ⅰ型缺陷那样围绕有脆性材料,但其可使应力明显集中,因此被认为是严重缺陷。

6.氢损伤

钛合金中氢主要来源于:①冶炼过程,其中包括海绵钛中的氢、含氢化物,以及冶炼和浇铸等过程中带入的氢及氢气氛;②热处理过程中,接触了含氢、含水的气氛或淬火介质等;③焊接时保护不当,以致在焊缝中渗入氢;④零件在除油、电镀、化铣、电解加工等过程中,接触含氢的介质;⑤工作环境中,存在有含氢介质等。钛极易吸氢(特别是富β相的钛合金),数百ppm(百万分率浓度)的氢含量就可造成力学性能的严重下降。

7.软金属与钛合金接触引起的断裂事故

英国某厂的航空发动机在地面试车中发现了故障,经分析后认为,是由于铝、铜、铅、锌等软金属与钛合金接触引起的断裂所造成。据称,铝、铜、铅、锌等与钛合金件接触或者这类金属的切屑微粒残留在钛合金件表面上,当零件在随后的热处理、焊接或装在发动机上工作时,它们会改变材料的原来组织、析出新相或改变其晶界状态。这种新相可能是一种熔点低于基体材料的低熔点共晶,它会使零件在未达到设计温度时即破坏,此外也可能会生成一种硬而脆的化合物,进而成为产生破坏的裂纹源。这种金属还可能沿晶界渗入而使晶界的结合力降低,从而引起破坏,后果严重。

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