引言

TC11合金是典型的(α＋β)双相钛合金,名义成分为Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si,是我国利用最为宽泛、技术成熟不变的钛合金,在航空工业重要用于发起机压气机盘、叶片和喷管等[1-4]。本公司采购的一批TC11合金棒料直径为120mm,交付量为2494kg/16支,节号顺次为1-1、1-2、4-1、4-2８-1、８-2,在入厂超声波检验时发现节号4-2部门有超标显示。棒料超声波验收要求为GB/Ｔ5193A1级,该批棒料整体杂波水平?1.2-6ｄＢ,超标显示当量为1.2＋13ｄＢ,深度73mm,距离4-2号棒料端面210mm。超声波超标部位波形如图1所示,在 超声波超标处切取试片(见图2)。

本文选取Ｘ射线探伤仪、光学显微镜、维氏硬度计、扫描电镜、能谱仪等检测设备分析了超声波检测到的缺点的产生原因。

图1 4-2号超声波超标处波形

1、Ｘ射线检测

首先对缺点部位进行Ｘ射线定位检测,照射方向垂直于试片横截面,获得的Ｘ光底片如图3所示。经Ｘ射线照射,仅有一处白点显示,而后从点状显示处的侧面检测其散布深度,了局如图4所示。

由Ｘ射线底片可知,缺点部位的线衰减系数大于正常部位,而线衰减系数与吸收资料的密度成正比,因而,初步判断缺点为贯通性的,密度高。

图2超声波超标试样

图3缺点地位

图4缺点深度

2、金相检验

贯通性高密度缺点一侧横截面抛光态描摹如图5所示,同化物与基体之间有显著界限。图6批注,浸蚀后同化物与基体之间有显著的过渡区。图7为同化物纵截面抛光态宏观描摹,抛光态同化物目视可见,且与基体界面熔合优良,仅有个别细小孔洞。

图８为同化物－过渡区－基体之间的显微组织。Ⅰ区为同化物；；Ⅱ区为同化物前沿的过渡区；；Ⅲ区为基体前沿的过渡区,显微组织为β相；；Ⅳ区为基体,其显微组织为正常的α＋β组织。

图5同化物横截面抛光态微观描摹

图6同化横截面侵蚀态微观描摹

图7同化纵截面宏观描摹

图８同化物与基体间的显微组织

3、微区化学成分和显微硬度检测

图9为同化物的能谱分析线扫描了局,中央发白区域重要成分为Mo,其密度为10.2ｇ/cm³,TC11钛合金密度为4.4８ｇ/cm³,可进一步确认缺点为贯通性高密度Mo同化。从同化物区至过渡区至基体的Mo含量迅速降低至正常含量。图10和表1为Mo同化、过渡区和基体的能谱分析地位和检测了局,Mo同化前沿过渡区Mo含量约为20％~27％,Ti、Al含量略低于基体区,无Zr元素,此处可能为Mo同化区,基体元素向同化处扩散,形成过度区。

基体前沿过渡区Mo含量约为12％,Al、Ti、Zr、Si含量与基体正常区根基一致,注明此处原为基体正常区,由于同化物中Mo向此处扩散,导致此处Mo含量升高,因Mo为β相不变元素,导致此处β转变温度显著降低,因而其显微组织为典型的高Mo偏析β相。

表2为Mo同化至基体的显微硬度,基体至Mo同化物区显微硬度从352ＨＶ0.1逐步降低至262ＨＶ0.1,平缓的硬度梯度能保障同化物在棒料开坯和铸造过程中与周围正；；逋奖湫,减小了同化物处产生较大裂纹的可能性。制品棒猜中的同化物与基体之间有优良的熔合界面说了然这一点。

4、缺点产生原因

Ｘ射线分析批注,缺点为细长条状高密度同化物。

图9同化与基体间的能谱分析的线扫描了局

图10同化物与基体间能谱分析的点扫描地位

由显微组织和能谱分析了局可知,高密度纯Mo同化与基体组织之间为冶金结合,并有元素扩散,能够排除在铸锭铸造成棒料的过程中外来同化物嵌入的可能性。由于铸造过程嵌入的高熔点Mo同化会与基体产生显著的间隙界面,且不会产生显著的元素扩散和冶金结合。超声波检测缺点地位在4-2号棒料的一端,凭据棒料节号进行反推,同化物缺点约莫位于铸锭中部,如图11所示。本批棒料所用铸锭共进行三次熔炼,示意图如图12所示。本批棒料制备了两根一次电极,棒猜中的Mo元素在一次电极制备过程中以ｌ-60Mo合金增长剂而非纯Mo的大局参与。两根一次电极一次熔炼形成的一次锭经炉内对焊后进行二次熔炼和三次熔炼。铸锭三次熔炼过程正！！、安稳、无异常,制品铸锭头尾化学成分均满足技术要求,且误差较小,注明整个熔炼过程受控,并无产生Mo同化的显著前提。凭据缺点呈此刻铸锭中部且一次锭的对焊过程,可揣摩产生缺点的原因可能是一次锭起吊装炉过程中,底部与铸锭存放区的钢板接触,导致外来物带入铸锭中。

图11 棒料地位散布示意图

图12 铸锭熔炉过程示意图

5、结论

TC11钛合金棒料超声波超标部位的缺点为细长条Mo同化,同化物与基体界面熔合优良,并形成由元素扩散产生的过渡区。Mo同化可能产生于一次锭熔炼后对焊前的吊装过程,注明铸锭出产现场环境有待进一步改善。建议加强出产现场管控,防TC11棒料缺点在入厂复验时发现,注明棒料出厂前超声波检测有漏检。应改进超声波检测方式。

参考文件

[1]江想莲.TC11钛合金热变形行为及其组织演变法规的钻研[Ｄ].沈阳:东北大学,2011.

[2]张利军,薛祥义,张晨辉,等.TC11钛合金锻件中疑似同化物缺点成因分析[Ｊ].理化检验:物理分册,2015(10):734-736.

[3]宫敏利,李淑英.TC4钛合金锻件缺点分析[Ｊ].热加工工艺,2016,45(3):25８-260.

[4]宋鸿武,张士宏,程明,等.钛合金热变形过程中裂纹缺点的预测[Ｊ].罕见金属资料与工程,2012,41(5):7８1-7８5.