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TC11钛合金锻棒低倍白亮块缺陷的分析

来源:      2018-09-28 08:16:45      点击:

  TC11是一种综合性能良好的α+β型热强钛合金,通过采用α+β区热变形和热处理,TC11合金的最高长期工作温度可达500℃,是我国航空应用较广的高温钛合金,主要用于制造航空发动机的压气机盘、叶片、鼓筒等零件,也可用于制造飞机结构件。该合金还具有良好的热加工工艺性,可以生产棒材、锻件、和模锻件等。

  TC11钛合金产品内部质量的好坏将直接影响航空发动机和飞机的使用可靠性。目前,各生产厂家在对TC11钛合金产品的内部质量进行检验时,常规采用的方法为超声波探伤。但是,超声波探伤对缺陷的检测具有一定的局限性。在实际生产中,对某批次的TC11钛合金锻棒进行超声波探伤时,并未发现异常,但在进行低倍检验时却发现棒材中心有白亮块出现。科研人员通过采用金相检测及能谱分析等方法,对白亮块形成的原因进行了分析,对后期的钛合金产品生产将具有一定的指导作用。

  试验所用的材料为经过三次真空自耗熔炼的Φ750mm铸锭,通过β相区进行两镦两拔后,再在α+β相区进行一次镦粗和多火次拔长所得的Φ230mm棒材,棒材按标准要求进行了双重退火热处理。

  车光的棒材采用超声波进行探伤后未发现有任何异常。对棒材取样进行低倍检验时,发现低倍试样上出现亮银色的斑点,在棒材同一位置继续取样检验低倍时,同一部位仍然存在白亮块,说明白亮块为连续性缺陷。为分析白亮块产生原因,在白亮块部位制取一个试样,分别采用金相显微镜、扫描电镜和能谱仪进行金相检验和微区成分分析;同时在有白亮块的低倍试样上,分别在白亮块处和白亮块附近取样进行室温拉伸检验,以分析白亮块对棒材室温拉伸性能的影响。试验结果表明:

  (1)通过高倍检验,发现白亮块处的α相含量明显低于β相含量,且白亮块与基体间没有明显的界限,因此可判定白亮块是由于成分偏析造成。而进一步通过能谱分析后发现,白亮块处的Al、Mo、Zr、Si合金元素含量明显低于基体含量,而Ti含量则明显高于基体含量。因此,可确定白亮块即是由于Al、Mo、Zr、Si合金元素的偏析造成,属富钛偏析,为冶金缺陷。

  (2)结合偏析具有一定深度的现象,可确定该偏析是由于混料不均匀造成。由于真空自耗熔炼过程为区域性熔炼,熔化和凝固同时在发生,熔炼均匀化效果相对较差。因此,若原材料混合不均匀时,即有可能出现熔炼后铸锭成分不均匀的问题,从而产生偏析。

  (3)白亮块处的室温拉伸性能指标远低于正常部位的指标。