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钛合金TC4棒材轧制产生黑条纹缺陷的原因

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摄氏度,广泛应用于航空工业的重要结构件,例如如机翼叶片和航空发动机盘。

由于TC4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,给零件使用带来极大的安全性隐患,同时降低该合金的使用寿命。

本文就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的问题,展开讨论。

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色条纹区,确定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。

检查结果表明,按照上述方法可以有效判定TC4钛合金成分偏析及其类型;且确定该类型缺陷是否影响使用,如果确定为非脆性偏析,切除后即可交货。

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。

小结:

  • 对目视发现的TC4钛棒黑条纹缺陷,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。
  • 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。