CN103852360A - 一种检验钛合金低倍组织不均匀性的方法 - Google Patents

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朱知寿
王新南
李军
费跃
商国强
祝力伟
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Abstract

本发明公开了一种检验钛合金低倍组织不均匀性的方法。本发明通过对两相区锻造变形的棒材或锻坯进行相变点Tβ以上温度的加热并产生α→β相变的取向变体择优选择，使原始组织的不均匀现象能利用取向的“组织遗传”效应，使晶粒取向差异界面扩大化，从而有利于在后续腐蚀过程中能顺利观察到低倍组织的不均匀性。通过该方法可以直观地观察出原始低倍组织的不均匀性程度，根据不均匀程度和区域大小可将钛合金低倍组织不均匀缺陷大致分为四类，分别为团聚状不均匀组织、无晶界不均匀组织、较大块分散型不均匀组织和细小块分散型不均匀组织。

Description

一种检验钛合金低倍组织不均匀性的方法
技术领域
本发明涉及一种检验钛合金低倍组织不均匀性的方法。
背景技术
随着我国大型液压机的相继投入使用和钛合金大型铸锭及其棒材、锻坯和板坯等半成品尺寸规格的不断扩大，钛合金半成品在两相区锻造过程中的变形不均匀性逐渐暴露出来，导致坯料心部与外部变形不协调，出现心部过热或过量大变形，最终出现了低倍分层组织或局部细晶块组织等低倍组织不均匀现象，使得锻坯不均匀组织强度比正常组织强度明显降低，拉伸强度最大可降低100MPa以上。对低倍正常部位组织与不均匀部位的异常组织进一步分析研究发现，导致这一低倍组织异常不均匀现象的原因是心部过热或过量大变形的动态再结晶过程促使心部过热部位的晶粒取向产生了异常转动，与正常组织的晶粒取向产生了分层界面。当具有异常低倍组织的坯料再经相变点以上的最终热处理（如β热处理）或β锻造成形等加工时，因α→β→α相变的取向变体择优选择产生了“组织遗传”现象，从而导致了经β加工处理后的锻坯或零件产生了低倍组织不均匀现象。该类型的低倍组织不均匀缺陷，在半成品棒材或锻坯状态的传统的出入厂检验（两相区退火时）是难以被发现的，必须采取β区加热产生α→β相变、利用晶体取向的相变“组织遗传”效应再通过腐蚀，从而显示其原始低倍组织的不均匀现象。因此，为了更好的保证棒材和锻坯等半成品的质量，确保组织均匀性，急需提出一种能检验两相区锻造的棒材和锻坯等半成品低倍组织不均匀性的检验方法。
发明内容
本发明的目的是提出一种检验经两相区锻造的钛合金棒材和锻坯等半成品低倍组织不均匀性的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
具体包括以下步骤：
（1）从原始状态为两相区锻造的棒材或锻坯上截取15mm±3mm厚的薄片试样；
（2）将步骤（1）中所述的薄片试样先在Tβ-40℃≤T≤Tβ-20℃的电炉中，保温60min后，再随炉升温至Tβ+10℃≤T≤Tβ+30℃，保温30min≤t≤60min后空冷，炉温均匀性要求±10℃，两次保温时间均以炉温仪表到所需加保温温度开始计时；
（3）将步骤（2）中所述的薄片试样经表面机加工并腐蚀后观察低倍组织。
根据产品的要求，在原始状态为两相区锻造的棒材或锻坯的任意部位和任意截面上截取薄片试样。
本发明具有的优点和有益效果：
本发明通过对两相区锻造变形的棒材或锻坯进行相变点Tβ以上温度的加热并产生α→β相变的取向变体择优选择，使原始组织的不均匀现象能利用取向的“组织遗传”效应，使晶粒取向差异界面扩大化，从而有利于在后续腐蚀过程中能顺利观察到低倍组织的不均匀性。通过该方法可以直观地观察出原始低倍组织的不均匀性程度，根据不均匀程度和区域大小可将钛合金低倍组织不均匀缺陷大致分为四类，分别为团聚状不均匀组织、无晶界不均匀组织、较大块分散型不均匀组织和细小块分散型不均匀组织，如图1所示。
该检验钛合金组织不均匀性的方法，特别适合用于经过两相区锻造的钛合金棒材和锻坯组织不均匀性的检查。
附图说明
图1是本发明采用上述检验钛合金组织不均匀性方法后观察到的不均匀低倍组织照片，其中，（a）团聚状不均匀组织；（b）无晶界不均匀组织；（c）较大块分散型不均匀组织；（d）细小块分散型不均匀组织。
图2是本发明实施例1的TC21锻坯低倍组织照片，其中，（a）采用直接腐蚀方法；（b）采用先加热后腐蚀方法。
图3是本发明实施例2的TC21棒材低倍组织照片，其中，（a）采用直接腐蚀方法；（b）采用先加热后腐蚀方法。
图4是本发明实施例3的TC4-DT棒材低倍组织照片，其中，（a）采用直接腐蚀方法；（b）采用先加热后腐蚀方法。
图5是本发明实施例4的TC4-DT锻坯采用先加热后腐蚀方法后的低倍组织照片。
图6是本发明实施例5的TC18锻坯采用先加热后腐蚀方法后的低倍组织照片。
具体实施方式
工艺包括以下步骤：
（1）从原始状态为两相区锻造的棒材或锻坯上截取15mm±3mm厚的薄片试样；根据产品的要求，在原始状态为两相区锻造的棒材或锻坯的任意部位和任意截面上截取薄片试样。
（2）将步骤（1）中所述的薄片试样先在温度达到Tβ-40℃≤T≤Tβ-20℃中的某一温度的电炉中（炉温均匀性要求±10℃）加热，保温60min后（保温时间以炉温仪表再次达到保温温度时，开始计时），再随炉升温至Tβ+10℃≤T≤Tβ+30℃中的某一温度加热保温30min≤t≤60min后（保温时间以炉温仪表到达保温温度时，开始计时），空冷；
（3）将步骤（2）中所述的薄片试样经表面机加工并腐蚀后观察低倍组织。
实施例1：
从经过两相区锻造的TC21钛合金锻坯（相变点温度Tβ为980℃）头部截取12mm厚横截面薄片试样两块。其中一块薄片试样经过表面机加工并使用配比为10HF-20HO3-70H2O(Vol.%）的腐蚀液腐蚀后观察到的低倍组织如图2（a）所示。另一块薄片试样先在温度达到960℃的电炉中（炉温均匀性要求±10℃）加热，保温60min后（保温时间以炉温仪表再次达到960℃时，开始计时），再随炉升温至1010℃，保温30min后（保温时间以炉温仪表到达1010℃时，开始计时），空冷；然后对加热后的薄片试样经过表面机加工并使用配比为10HF-20HO3-70H2O(Vol.%）的腐蚀液腐蚀后观察到的低倍组织如图2（b）所示。从图中可以看出，采用直接腐蚀的方法很难观察出不均匀组织（见图2（a）），而采用先加热后腐蚀的方法观察出的低倍组织中的不均匀程度更加明显，属于团聚状不均匀组织（见图2（b））。
实施例2：
从经过两相区锻造的TC21钛合金棒材（相变点温度Tβ为985℃）尾部截取15mm厚横截面薄片试样两块。其中一块薄片试样经过表面机加工并使用配比为10HF-20HO3-70H2O(Vol.%）的腐蚀液腐蚀后观察到的低倍组织如图3（a）所示。另一块薄片试样先在温度达到945℃的电炉中（炉温均匀性要求±10℃）加热，保温60min后（保温时间以炉温仪表再次达到945℃时，开始计时），再随炉升温至995℃，保温45min后（保温时间以炉温仪表到达995℃时，开始计时），空冷；然后对加热后的薄片试样经过表面机加工并使用配比为10HF-20HO3-70H2O(Vol.%）的腐蚀液腐蚀后观察到的低倍组织如图3（b）所示。从图中可以看出，采用直接腐蚀的方法很难观察出不均匀组织（见图3（a）），而采用先加热后腐蚀的方法观察出的低倍组织中的不均匀程度更加明显，属于团聚状不均匀组织（见图3（b））。
实施例3：
从经过两相区锻造的TC4-DT钛合金棒材（相变点温度Tβ为965℃）中间部位截取18mm厚横截面薄片试样两块。其中一块薄片试样经过表面机加工并使用配比为10HF-20HO3-70H2O(Vol.%）的腐蚀液腐蚀后观察到的低倍组织如图4（a）所示。另一块薄片试样先在温度达到935℃的电炉中（炉温均匀性要求±10℃）加热，保温60min后（保温时间以炉温仪表再次达到935℃时，开始计时），再随炉升温至985℃，保温60min后（保温时间以炉温仪表到达985℃时，开始计时），空冷；然后对加热后的薄片试样经过表面机加工并使用配比为10HF-20HO3-70H2O(Vol.%）的腐蚀液腐蚀后观察到的低倍组织如图4（b）所示。从图中可以看出，采用直接腐蚀的方法很难观察出不均匀组织（见图4（a）），而采用先加热后腐蚀的方法观察出的低倍组织中的不均匀程度更加明显，属于较大块分散型不均匀组织（见图4（b））。
实施例4：
从经过两相区锻造的TC4-DT钛合金锻坯（相变点温度Tβ为970℃）尾部截取一块16mm厚纵截面薄片试样。将薄片试样先在温度达到945℃的电炉中（炉温均匀性要求±10℃）加热，保温60min后（保温时间以炉温仪表再次达到945℃时，开始计时），再随炉升温至995℃，保温50min后（保温时间以炉温仪表到达995℃时，开始计时），空冷；然后对加热后的薄片试样经过表面机加工并使用配比为10HF-20HO3-70H2O(Vol.%）的腐蚀液腐蚀后观察到的低倍组织如图5所示。从图中可以看出，低倍组织中存在明显的团聚状不均匀组织。
实施例5：
从经过两相区锻造的TC18钛合金锻坯（相变点温度Tβ为870℃）中间部位截取一块14mm厚横截面薄片试样。将薄片试样先在温度达到835℃的电炉中（炉温均匀性要求±10℃）加热，保温60min后（保温时间以炉温仪表再次达到835℃时，开始计时），再随炉升温至885℃，保温40min后（保温时间以炉温仪表到达885℃时，开始计时），空冷；然后对加热后的薄片试样经过表面机加工并使用配比为10HF-20HO3-70H2O(Vol.%）的腐蚀液腐蚀后观察到的低倍组织如图6所示。从图中可以看出，低倍组织中存在明显的团聚状不均匀组织。

Claims (2)

1.一种检验钛合金低倍组织不均匀性的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）从原始状态为两相区锻造的棒材或锻坯上截取15mm±3mm厚的薄片试样；
（2）将步骤（1）中所述的薄片试样先在Tβ-40℃≤T≤Tβ-20℃的电炉中，保温60min后，再随炉升温至Tβ+10℃≤T≤Tβ+30℃，保温30min≤t≤60min后空冷，炉温均匀性要求±10℃，两次保温时间均以炉温仪表到所需保温温度开始计时；
（3）将步骤（2）中所述的薄片试样经表面机加工并腐蚀后观察低倍组织。
2.根据权利要求1所述的一种检验钛合金低倍组织不均匀性的方法，其特征在于，根据产品的要求，在原始状态为两相区锻造的棒材或锻坯的任意部位和任意截面上截取薄片试样。
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