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TC4钛棒材轧制过程中黑条纹缺陷产生的原因

钛棒

TC4(Ti-6Al-4V)是一种综合性能良好的马氏体型a+/3两相钛合金,其使用温度可达450,广泛应用于航空工业的重要结构件,如机翼叶片和航空发动机盘等。由于TC4钛棒是两相钛合金,如果微区成分不均匀,必然会引起宏观组织及显微组织的异常,从而导致异常区域与正常区域硬度的显著差异,使材料在整体上表现为性能不均匀,最终萌生疲劳裂纹源,给零件使用的安全性带来极大隐患,同时降低该合金的使用寿命。 针对某TC4钛合金棒料加工产品在进行低倍检査时发现的黑条纹缺陷问题,为了准确判断缺陷类型,采用金相显微镜对显微组织进行观察,确定其金相组织异常区域;再用扫描电镜分析黑条纹区为富钼贫铝的化学成分偏析缺陷;通过显微硬度测试确定该黑条纹区的成分偏析为非脆性偏析。试验结果表明,按照上述方法可以有效判定TC4钛合金成分偏析及其类型;且确定该类型缺陷不影响使用,切除后可交货。可通过控制钛合金铸锭原料选择、混料及电极制备过程、熔炼过程中电压和电流来减少或消除此类缺陷。 钛合金的偏析,按偏析部位与正常区硬度的高、低差别分类,可将其分为硬偏析(硬度高于正常区,又称脆性偏析)与软偏析(硬度低于正常区,又称非脆性偏析)两类。如果产品中仅存在非脆性偏析,且各项性能符合产品标准的要求,一般切除该偏析后产品仍可交付使用;脆性偏析则不允许剔除后交货,应整批报废。笔者探讨了TC4钛合金棒材偏析中遇到的非脆性偏析的分析与判定方法,旨在为产品检验提供借鉴,以提高产品质量。


a.对目视发现的TC4钛棒黑条纹缺陷,采用金相显微镜对其显微组织进行观察,缺陷区与正常区差别不大,不能判断缺陷类型;进一步用扫描电镜对该钛棒缺陷区进行化学成分分析,该缺陷区为富钜贫铝的化学元素偏析;最终结合显微硬度测试确定该TC4钛棒的偏析类型为富钜贫铝的非脆性偏析;通过显微组织观察、微区成分分析及和显微硬度测试相结合的方法,可以有效判定TC4钛合金成分偏析及其类型。
b.该TC4钛合金棒材中的偏析为富钜贫铝的非脆性偏析,不影响使用,切除后可继续交货;可通过控制原料选择、混料及电极制备参数、熔炼过程中电压和电流来减少或消除此类缺陷。

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