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    TC4鈦合金棒材成分偏析組織的分析與判定

    發布時間: 2021-09-27 22:02:27    瀏覽次數:

    1、前言

    TC4鈦合金是目前用途最廣、用量最大的兩相鈦合金。由于該合金具有中等強度、適中的塑性、優異的抗疲勞和抗裂紋擴展能力,以及良好的耐腐蝕性能。可用做宇宙飛船的船艙骨架、導彈上的壓力容器、火箭發動機殼體,還可用做450℃以下使用的噴氣發動機壓氣機葉片和渦輪盤等。

    對于象TC4合金這樣的α+寶鈦型雙相鈦合金而言,由于成分不均勻,必然會引起金相組織不均勻,導致偏析區與正常區硬度出現明顯差異。材料硬度不均必然會使材料在體積范圍內性能不均勻,最終成為疲勞裂紋萌生源,降低該合金使用壽命。

    據資料報道,按成分偏析部位硬度的高、低分類,可將其分為硬偏析(硬度高于基本組織,也叫脆性偏析)和軟偏析(硬度低于基本組織)2種。如果制品中僅存在軟偏析缺陷,機械性能和化學成分符合標準要求,切除偏析后仍可交貨使用。完全可以滿足使用要求。本研究探討了TC4合金鍛棒偏析組織的分析與判定方法,旨在為TC4合金鍛棒的批量化生產提供準確的檢驗方法,從而保證材料的正確、合理使用。

    2、實驗

    2.1實驗材料及方法

    實驗用棒材由寶雞鈦業股份有限公司提供。

    按著TC4鈦合金的名義成配料,經真空自耗電弧爐3次熔煉,制取φ622mm鑄錠,并取樣分析化學成分,結果見表1,符合GB/T3620國家標準。鑄錠加熱到相變點以上,進行大變形量的鍛造變形,并在兩相區反復鍛造成φ30mm成品棒材。在棒材上切取試樣,進行成分偏析異常組織的分析。

    1.jpg

    2.2實驗設備

    用國產XJG一05金相顯微鏡觀察棒材的組織。

    用國產MVK200g/30”顯微硬度計測試樣品的硬度。在飛利浦PSEM一500xSEMEDAX掃描電鏡上進一步比較缺陷部位和正常部位的組織,并測試其化學成分。

    3、實驗結果與分析

    3.1低倍組織觀察結果

    根據經驗,在TC4鈦合金棒材可能出現成分偏析的部位橫向切取試樣,經拋光后,在按一定比例配制的腐蝕液中進行腐蝕,觀察低倍組織,結果見圖1。

    t1.jpg

    由圖1可見,在棒材橫截面上的中心部位有幾處明顯的黑斑,初步可判定為成分偏析組織。

    如果是硬偏析組織,該棒材就要報廢;如果是軟偏析組織,切除后該棒材仍可交付使用。

    3.2高倍組織觀察結果

    在低倍組織觀察的基礎上,對黑斑處進行進一步研磨和拋光,然后在配制好的腐蝕液中腐蝕,在顯微鏡上進行高倍組織觀察。其偏析區及過渡區的顯微組織如圖2。

    t2.jpg

    由圖2可知,棒材缺陷區(圖2a)的顯微組織與正常區(圖2b)的顯微組織明顯不同。偏析區相含量高,僅有少量的β相。

    3.3偏析區和基本硬度測試結果

    TC4合金棒材偏析區和正常組織區顯微硬度

    測試結果見表2。

    b2.jpg

    由表2可知,該TC4合金棒材偏析區的維氏硬

    度要比正常區低,為軟偏析。

    3.4正常區和偏析區掃描電鏡分析結果

    對該TC4合金棒材的缺陷區和正常區進行了EDS成分分析和SEM觀察,結果見表3和圖3。

    b3.jpg

    t3.jpg

    SEM的分析結果表明,與正常區相比,缺陷區的鈦含量偏高,釩含量偏低,進一步證實該TC4合金棒材的偏析為富鈦型的軟偏析。

    4、結論

    (1)經高低倍金相觀察,硬度測試和掃描電鏡觀察及EDS分析,確定該批TC4合金棒材為富鈦型的非脆性偏析

    (2)如果該批TC4合金棒材的化學成分和機械性能均符合訂貨標準要求,切除偏析部分可交貨使用。

    參考文獻

    [1]CaoChunxiao(曹春曉).鈦合金在大型運輸機上的應用

    RareMetalsLette(稀有金屬快報),2006,25(1):1721

    [2]TheEditorialGroupofProcessingHandbookforRareMetals

    (稀有金屬加工手冊編輯組).ProcessingHandbookofRareMe(稀有金屬加工手冊)[IⅥ】.Beijing:MetallurgicalIndustryPress,1984

    [3]TaoChunhu(陶春虎).FailureandPreyentionofAemnauticalTitaniumAlloy~航空用鈦合金的失效及其預防)[1Ⅵ】.Beijing:NationalDefeneeIndustryPress,2002

    [4] ZhangXiyan(張喜燕).TitaniumAlloysandItsapplication

    (鈦合金及應用)[M】.Beqing:ChemicalIndustryPress,2005

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