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TC4钛合金棒材成分偏析组织的分析与判定

发布时间: 2021-11-12 22:02:27    浏览次数:

1、前言

TC4钛合金是目前用途最广、用量最大的两相钛合金。由于该合金具有中等强度、适中的塑性、优异的抗疲劳和抗裂纹扩展能力,以及良好的耐腐蚀性能。可用做宇宙飞船的船舱骨架、导弹上的压力容器、火箭发动机壳体,还可用做450℃以下使用的喷气发动机压气机叶片和涡轮盘等。

对于象TC4合金这样的α+宝钛型双相钛合金而言,由于成分不均匀,必然会引起金相组织不均匀,导致偏析区与正常区硬度出现明显差异。材料硬度不均必然会使材料在体积范围内性能不均匀,最终成为疲劳裂纹萌生源,降低该合金使用寿命。

据资料报道,按成分偏析部位硬度的高、低分类,可将其分为硬偏析(硬度高于基本组织,也叫脆性偏析)和软偏析(硬度低于基本组织)2种。如果制品中仅存在软偏析缺陷,机械性能和化学成分符合标准要求,切除偏析后仍可交货使用。完全可以满足使用要求。本研究探讨了TC4合金锻棒偏析组织的分析与判定方法,旨在为TC4合金锻棒的批量化生产提供准确的检验方法,从而保证材料的正确、合理使用。

2、实验

2.1实验材料及方法

实验用棒材由宝鸡钛业股份有限公司提供。

按着TC4钛合金的名义成配料,经真空自耗电弧炉3次熔炼,制取φ622mm铸锭,并取样分析化学成分,结果见表1,符合GB/T3620国家标准。铸锭加热到相变点以上,进行大变形量的锻造变形,并在两相区反复锻造成φ30mm成品棒材。在棒材上切取试样,进行成分偏析异常组织的分析。

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2.2实验设备

用国产XJG一05金相显微镜观察棒材的组织。

用国产MVK200g/30”显微硬度计测试样品的硬度。在飞利浦PSEM一500xSEMEDAX扫描电镜上进一步比较缺陷部位和正常部位的组织,并测试其化学成分。

3、实验结果与分析

3.1低倍组织观察结果

根据经验,在TC4钛合金棒材可能出现成分偏析的部位横向切取试样,经抛光后,在按一定比例配制的腐蚀液中进行腐蚀,观察低倍组织,结果见图1。

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由图1可见,在棒材横截面上的中心部位有几处明显的黑斑,初步可判定为成分偏析组织。

如果是硬偏析组织,该棒材就要报废;如果是软偏析组织,切除后该棒材仍可交付使用。

3.2高倍组织观察结果

在低倍组织观察的基础上,对黑斑处进行进一步研磨和抛光,然后在配制好的腐蚀液中腐蚀,在显微镜上进行高倍组织观察。其偏析区及过渡区的显微组织如图2。

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由图2可知,棒材缺陷区(图2a)的显微组织与正常区(图2b)的显微组织明显不同。偏析区相含量高,仅有少量的β相。

3.3偏析区和基本硬度测试结果

TC4合金棒材偏析区和正常组织区显微硬度

测试结果见表2。

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由表2可知,该TC4合金棒材偏析区的维氏硬

度要比正常区低,为软偏析。

3.4正常区和偏析区扫描电镜分析结果

对该TC4合金棒材的缺陷区和正常区进行了EDS成分分析和SEM观察,结果见表3和图3。

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t3.jpg

SEM的分析结果表明,与正常区相比,缺陷区的钛含量偏高,钒含量偏低,进一步证实该TC4合金棒材的偏析为富钛型的软偏析。

4、结论

(1)经高低倍金相观察,硬度测试和扫描电镜观察及EDS分析,确定该批TC4合金棒材为富钛型的非脆性偏析

(2)如果该批TC4合金棒材的化学成分和机械性能均符合订货标准要求,切除偏析部分可交货使用。

参考文献

[1]CaoChunxiao(曹春晓).钛合金在大型运输机上的应用

RareMetalsLette(稀有金属快报),2006,25(1):1721

[2]TheEditorialGroupofProcessingHandbookforRareMetals

(稀有金属加工手册编辑组).ProcessingHandbookofRareMe(稀有金属加工手册)[IⅥ】.Beijing:MetallurgicalIndustryPress,1984

[3]TaoChunhu(陶春虎).FailureandPreyentionofAemnauticalTitaniumAlloy~航空用钛合金的失效及其预防)[1Ⅵ】.Beijing:NationalDefeneeIndustryPress,2002

[4] ZhangXiyan(张喜燕).TitaniumAlloysandItsapplication

(钛合金及应用)[M】.Beqing:ChemicalIndustryPress,2005

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