CN103616268A - 检验钛合金原材料低倍组织缺陷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能够发现钛合金原材料宏观组织异常的检验钛合金原材料低倍组织缺陷的方法，该方法能够检测出钛合金原材料在铸锭开坯后锻造变形异常带来的组织遗传缺陷。从钛合金原材料上截取20mm±3mm厚的低倍组织试片，先在β转变温度以下30～40℃的加热炉中保温60min后，功率升温至β转变温度以上15～20℃，炉温均匀性要求±5℃以内，保温30min后空冷，再经腐蚀后观察低倍组织。该方法适用于α型、α-β型和近β型钛合金原材料低倍组织的检验，对钛合金原材料的宏观组织缺陷判定直观、清晰，可以控制用具有宏观组织缺陷的钛合金原材料生产锻件所带来的经济损失。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属宏观组织缺陷的检验方法，尤其是一种检验钛合金原材料低倍组织缺陷的方法。
背景技术
钛合金因具有高的比强度和优异的耐蚀性能已广泛应用到民用航空和军用航空领域，采用各种材质的钛合金原材料锻造生产飞机用的框、梁承力结构件和核心部位的发动机盘件已占飞机总重的20～40%。在保障飞机的使用安全中，检验和控制钛合金原材料的宏观组织质量是其中的关键因素。
目前国内对钛合金原材料采用GB/T5168检验两相钛合金高低倍组织，可查出的缺陷为气孔、裂纹、夹杂、分层、粗晶组织，暴露原材料的宏观不均匀性和确定其性质，但却不能检验原材料在铸锭开坯后变形过程中带来的组织遗传缺陷。
然而，流转生产的钛合金锻件，只有在后期解剖锻件的检验过程中才能发现锻件宏观组织异常，如果在锻造后才发现这种异常并造成锻件报废，将给企业带来巨大的经济损失，且很难辨别出该缺陷是钛合金原材料本身的材料缺陷遗传导致，还是锻造过程中才产生的。
因此，希望找到一种新的钛合金宏观组织检验方法，能够让材料组织遗传缺陷直观地暴露显示。
发明内容
为了克服现有常规低倍腐蚀法检验不能发现钛合金原材料宏观组织异常的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够发现钛合金原材料宏观组织异常的检验钛合金原材料低倍组织缺陷的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：检验钛合金原材料低倍组织缺陷的方法，对钛合金原材料取样后，先对试样进行β相区热处理，再按常规低倍腐蚀法检验试样的低倍组织缺陷。通过对试样进行β相区热处理，使试样能够呈现对钛合金原材料进行锻造后可能出现的低倍组织缺陷。
进一步的是，β相区热处理的过程是，在温度为Tβ-（30～40）℃的加热炉中保温60min±10min，然后功率升温至Tβ+（15～20）℃，保温30min±3min后空冷，Tβ指该钛合金的β转变温度。
更具体的是，β相区热处理的过程是，在温度为Tβ-（30～40）℃的加热炉中保温60min，然后功率升温至Tβ+（15～20）℃，保温时间30min，然后空冷至室温。功率升温指按加热炉的最大功率进行升温。这样的热处理过程要求更严格，检验结果的可信度更高。
为得到更准确的检验结果，加热炉的炉温均匀性要求±5℃以内。
此外，本发明方法可以参照常规检验的方式进行取样，从原材料的任意长度位置处通过冷加工方式切取20mm±3mm厚度的试片作为试样。
在本发明上述思路的指导下，也可通过试验摸索出其它的试样取样要求，并选配腐蚀剂进行腐蚀，使材料缺陷暴露。
本发明的有益效果是：对钛合金原材料的宏观组织组织缺陷判定直观、清晰，控制了用具有宏观组织缺陷的钛合金原材料生产锻件因组织遗传所造成的经济损失，适用于α型、α-β型和近β型钛合金原材料低倍组织的检验。
附图说明
图1是本发明实验1中以方法A检验得到的宏观组织图片。
图2是本发明实验1中以方法B检验得到的宏观组织图片。
图3是本发明实验2中以方法B检验得到的宏观组织图片。
图4是本发明实验2中以方法C检验得到的宏观组织图片。
图5是本发明实验3中以方法B检验得到的宏观组织图片。
图6是本发明实验3中以方法D检验得到的宏观组织图片。
具体实施方式
下面结合附图和实验对本发明进一步说明。
如图1～图6所示，本发明的方法是通过以下实验发现并得出的。
实验1：
选用α-β型TC21（Ti-6Al-3Mo-2Nb-2Sn-2Zr-1Cr）钛合金，原材料状态热加工态，原材料规格φ300×3200mm，该钛合金的β转变温度Tβ为960℃。从距离原材料端头1000mm处，依次切取两块低倍试样，试样尺寸φ300×20mm。试样采用GB/T5168中的常规低倍腐蚀法即“方法A”和试样先β相区热处理再常规腐蚀法即“方法B”两种方法检验，检验方法见表1。
表1检验方法
宏观组织结果见图1和图2。
由图1和图2可见，通过两种不同的检验方法，原材料显示的宏观组织区别明显。方法A的原材料试样在热加工态下采用常规低倍腐蚀的方法检验宏观组织，目视检验的结果宏观低倍属于等轴模糊晶，晶粒尺寸符合10级评级图的6级，未发现异常组织。方法B的原材料试样经β相区热处理，再进行常规低倍腐蚀检验宏观组织，目视检验的结果低倍组织中心存在团聚状细晶亮块低倍异常组织，中心异常细晶低倍与正常低倍组织界面较清晰，显示出原材料的变形组织遗传缺陷。
实验2：
选用α-β型TC4-DT（Ti-6Al-4V）钛合金，原材料状态热加工态，原材料规格φ450×1200mm，合金的β转变温度Tβ为980℃。从距离原材料端头100mm处，依次切取两块低倍试样，试样尺寸φ450×20mm。试样采用先β相区热处理再常规腐蚀法“方法B”和试样先普通退火再常规腐蚀法即“方法C”两种方法检验，检验方法见表2。
表2检验方法
宏观组织结果见图3和图4。
由图3和图4可见，通过两种不同的检验方法，原材料显示的宏观组织区别明显。方法B的原材料试样经β相区热处理，再经常规低倍腐蚀检验宏观组织，目视检验的结果低倍组织中心存在团聚状细晶亮块低倍异常组织，中心异常细晶低倍与边缘正常低倍组织界面较清晰，显示出原材料的变形组织遗传缺陷。方法C的原材料试样在热加工R态下采用普通退火再常规低倍腐蚀的方法检验宏观组织，目视检验的结果宏观低倍属于等轴模糊晶，晶粒尺寸均匀，未发现冶金缺陷和异常组织。
实验3：
选用α-β型TC18（Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe）钛合金，原材料状态热加工态，原材料规格φ300×250mm，合金的β转变温度Tβ为870℃。从原材料头部端距离300mm后，切取两块低倍试样，试样尺寸φ300×20mm。1#试样采用先β相区热处理再常规腐蚀法即“方法B”，2#试样先双重退火再常规腐蚀法即“方法D”两种方法检验，检验方法见表3。
表3检验方法
宏观组织结果见图5和图6。
由图5和图6可见，采用方法B和方法D两种不同的检验方法，原材料显示的宏观组织区别明显。方法B的原材料试样经β相区热处理，再进行常规低倍腐蚀检验宏观组织，目视检验的结果低倍组织分三层，中心存在团聚状细晶异常组织，第二层粗晶异常组织，过渡区后是边缘正常低倍组织，清晰地显示出原材料的变形组织遗传缺陷。方法D的原材料试样在热加工R态下采用双重退火热处理后常规低倍腐蚀的方法检验宏观组织，目视检验的结果宏观低倍属于等轴模糊晶，晶粒尺寸有少许不均匀现象，但未发现异常组织。
通过三组不同试验方法的对比论证，发现钛合金原材料在最终两相区变形后得到等轴组织交付锻造厂，该类组织在锻态或经退火态后腐蚀的宏观组织特点是得到等轴模糊晶或拉长模糊晶，仅能反映出低倍冶金缺陷和晶粒尺寸大小和不均匀性，而对于锻制原材料过程中出现的变形缺陷不能显示。而通过β锻造和β热处理的工艺原理，得到的组织为网篮或片层组织，采用方法B检验时，腐蚀后的低倍片能直观、清晰反映原材料的低倍组织有无组织遗传缺陷，原材料的均匀性以及晶粒尺寸大小，可作为判定钛合金原材料宏观组织是否合格和后续制定锻件锻造工艺的依据。
本发明的检验方法能检验钛合金原材料是否存在组织遗传性缺陷，适用于各种α型、α-β型和近β型的钛合金原材料，并为能够企业避免巨大的经济损失。
Claims (6)
1.检验钛合金原材料低倍组织缺陷的方法，其特征是：对钛合金原材料取样后，先对试样进行β相区热处理，再按常规低倍腐蚀法检验试样的低倍组织缺陷。
2.如权利要求1所述的检验钛合金原材料低倍组织缺陷的方法，其特征是：β相区热处理的过程是，在温度为Tβ-（30～40）℃的加热炉中保温60min±10min，然后功率升温至Tβ+（15～20）℃，保温30min±3min后空冷，Tβ指该钛合金的β转变温度。
3.如权利要求2所述的检验钛合金原材料低倍组织缺陷的方法，其特征是：β相区热处理的过程是，在温度为Tβ-（30～40）℃的加热炉中保温60min，然后功率升温至Tβ+（15～20）℃，保温时间30min，然后空冷至室温。
4.如权利要求1、2或3所述的检验钛合金原材料低倍组织缺陷的方法，其特征是：加热炉的炉温均匀性要求±5℃以内。
5.如权利要求1、2或3所述的检验钛合金原材料低倍组织缺陷的方法，其特征是：从原材料的任意长度位置处通过冷加工方式切取20mm±3mm厚度的试片作为试样。
6.如权利要求5所述的检验钛合金原材料低倍组织缺陷的方法，其特征是：将热处理后的低倍试片加工到R1.6的粗糙度，腐蚀5～10min后观察低倍组织。
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