一種檢驗鈦合金低倍組織不均勻性的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種檢驗鈦合金低倍組織不均勻性的方法。
【背景技術】
[0002]航空、航天、兵器和艦船等工業應用領域對特大規格鈦合金大型鑄錠及其棒材、鍛坯和板坯等半成品的需求不斷擴大，為此我國大型快鍛機和壓力機也相繼投入使用，特別是為了進一步提高鈦合金的損傷容限性能，提高大型承力構件的使用壽命和安全可靠性，經兩相區鍛造變形后的鈦合金鍛坯或鍛件一般還都要進行最終的β鍛造或β熱處理。在上述的需求背景和加工工藝條件下，因大型鑄錠成分不均勻性和鈦合金半成品在鍛造過程中心部與邊部變形不均勻性導致的低倍組織不均勻現象也逐漸暴露出來，從而導致鍛坯在后續的β鍛造或β熱處理等加工過程中的組織不均勻缺陷。在組織不均勻缺陷部位鈦合金強度比正常區域強度一般要降低10MPa以上，同時還會導致鍛件或零件的疲勞壽命和塑性等性能的大幅度降低，影響了鈦合金承力構件的使用壽命和安全可靠性。該類型的低倍組織不均勻缺陷，在半成品棒材或鍛坯狀態時如果采用普通的出入廠檢驗方法是難以被發現的，從而經常導致在后續β加工過程中難以挽回的經濟損失和質量事故，也給鈦合金半成品加工工藝制訂帶來了誤導。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提出一種檢驗兩相區鍛造的棒材和鍛坯等半成品低倍組織不均勻性的檢驗方法，從而能夠更好的保證棒材和鍛坯等半成品的質量，確保組織均勻性，以減少或避免后續鍛件和零件加工產生的不必要損失。
[0004]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0005](I)從原始狀態為兩相區鍛造的棒材或鍛坯上截取一段試樣；
[0006](2)將步驟(I)中所述的試樣放在到達保溫溫度后的電阻爐有效工作區內保溫，爐溫均勻性要求±10°c，保溫溫度T為棒材或鍛坯β相轉變點溫度Tfi以下10°C至β相變點溫度Tfi以上15°C，即T β-10Γ^ T ( Te+15°C，當爐子再次到達保溫溫度后，開始計算保溫時間，保溫時間t= η X Smax，保溫時間t的單位為min，δ_為試樣的最大厚度，單位為mm，η為加熱系數，加熱系數η的取值為0.15?0.5，最短保溫時間為20min，然后空冷;
[0007](3)將步驟(2)中所述的試樣經表面機加工并腐蝕后觀察低倍組織。
[0008]本發明具有的優點和有益效果
[0009]本發明可以根據產品的要求，在原始狀態為兩相區鍛造的棒材或鍛坯的任意部位和任意截面上截取任意厚度和形狀試樣。通過對試樣進行Tf1-KTC?Te+15°C相變點附近溫度的加熱并產生α — β — α相變的取向變體擇優選擇，使原始組織的不均勻現象利用晶體學取向的“組織遺傳”效應，擴大正常組織與異常組織界面的晶粒取向差異，同時通過相變點附近α — β — α相變對成分偏析的敏感性特點，也可以清晰地顯示成分偏析帶來的組織不均勻性，從而有利于在腐蝕后能順利觀察到低倍組織的不均勻性。通過該方法可以直觀地觀察出鈦合金棒材和鍛坯等半成品因成分偏析或變形不均勻導致的原始低倍組織的團聚狀不均勻、較大塊分散型不均勻、細小塊分散型不均勻等組織缺陷，如圖1、2、3、4所示。該方法操作簡單，實施方便，檢驗效率高。
【附圖說明】
[0010]圖1是采用本發明的先加熱后腐蝕方法后觀察到的團聚狀不均勻組織低倍組織照片；
[0011]圖2是采用本發明的先加熱后腐蝕方法后觀察到的較大塊分散型不均勻低倍組織照片；
[0012]圖3是采用本發明的先加熱后腐蝕方法后觀察到的細小塊分散型不均勻低倍組織照片；
[0013]圖4是采用本發明的先加熱后腐蝕方法后觀察到的心部為團聚狀不均勻低倍組織照片，圖中黑色橢球狀為成分偏析導致的不均勻組織。
[0014]圖5是本發明實施例1的TC21棒材低倍組織照片，其中，(a)采用傳統腐蝕方法；(b)采用本發明的先加熱后腐蝕方法。
[0015]圖6是本發明實施例2的TC4-DT棒材低倍組織照片，其中，(a)采用傳統腐蝕方法；(b)采用本發明的先加熱后腐蝕方法。
[0016]圖7是本發明實施例3的TC18鍛坯采用本發明的先加熱后腐蝕方法后的低倍組織照片。
[0017]圖8是本發明實施例4的TB6鈦合金棒材采用本發明的先加熱后腐蝕方法后的低倍組織照片。
[0018]圖9為本發明實施例5的TC18鈦合金鍛件采用本發明的先加熱后腐蝕方法后的低倍組織照片。
【具體實施方式】
[0019]工藝包括以下步驟:
[0020](I)從原始狀態為兩相區鍛造的棒材或鍛坯上截取一段試樣；
[0021](2)將步驟(I)中所述的試樣放在到達保溫溫度后的電阻爐有效工作區內保溫，爐溫均勻性要求±10°c，保溫溫度T為棒材或鍛坯β相轉變點溫度Tfi以下10°C至β相變點溫度Tfi以上15°C，即T β-10Γ^ T ( Te+15°C，當爐子再次到達保溫溫度后，開始計算保溫時間，保溫時間t= η X Smax，保溫時間t的單位為min，δ_為試樣的最大厚度，單位為_，η為加熱系數，加熱系數η的取值為0.15?0.5，當保溫時間計算值小于20min時，保溫時間為20min，然后空冷；
[0022](3)將步驟(2)中所述的試樣經表面機加工并腐蝕后觀察低倍組織。
[0023]實施例1
[0024]從經過兩相區鍛造的TC21鈦合金棒材(相變點溫度Tfi為960°C )頭部截取15mm厚橫截面薄片試樣兩塊。其中一塊薄片試樣經過表面機加工并使用配比為10HF-20HN03-70H20(Vol.% )的腐蝕液腐蝕后觀察到的低倍組織如圖5 (a)所示。
[0025]另一塊薄片試樣放在到達保溫溫度后的電阻爐有效工作區內保溫，爐溫均勻性要求±10°C，保溫溫度T為β相變點溫度Tfi以上15°C，即975°C，爐子再次到達保溫溫度后開始計算保溫時間，保溫時間t = 0.5X15 = 7.5min〈20min，確定保溫時間為20min，空冷；然后對加熱后的薄片試樣經過表面機加工并使用配比為10HF-20HN03-70H20(Vol.% )的腐蝕液腐蝕后觀察到的低倍組織如圖5(b)所示。從圖中可以看出，采用直接腐蝕的方法很難觀察出不均勻組織(見圖5(a))，而采用先加熱后腐蝕的方法觀察出低倍組織存在團聚狀不均勻組織(見圖5(b))。
[0026]實施例2
[0027]從經過兩相區鍛造的TC4-DT鈦合金棒材(相變點溫度Tfi為985°C )尾部截取50mm厚橫截面試樣兩塊，其中一塊試樣經過表面機加工并使用配比為10HF-20HN03-70H20(Vol.% )的腐蝕液腐蝕后觀察到的低倍組織如圖6 (a)所示。
[0028]另一塊試樣放在到達保溫溫度后的電阻爐有效工作區內保溫，爐溫均勻性要求± 10°C，保溫溫度T為β相變點溫度Tfi以上5°C，即990°C，爐子再次到達保溫溫度后開始計算保溫時間，保溫時間t = 0.5X50 = 25min，空冷；然后對加熱后的試樣經過表面機加工并使用配比為10HF-20HN03-70H20(Vol.% )的腐蝕液腐蝕后觀察到的低倍組織如圖6 (b)所示。從圖中可以看出，采用直接腐蝕的方法很難觀察出不均勻組織(見圖6(a))，而采用先加熱后腐蝕的方法觀察出低倍組織存在較大塊分散型不均勻組織(見圖6(b))。
[0029]實施例3
[0030]從經過兩相區鍛造的TC18鈦合金鍛坯(相變點溫度Tfi為870°C )中間部位截取一塊10mm厚縱截面試樣。將試樣放在到達保溫溫度后的電阻爐有效工作區內保溫，爐溫均勻性要求±10°C，保溫溫度T為β相變點溫度Tfi以下10°C，即860°C，爐子再次到達保溫溫度后開始計算保溫時間，保溫時間t = 0.4X100 = 40min，空冷；然后對試樣經過表面機加工后使用配比為10HF-20HN03-70H20(Vol.% )的腐蝕液腐蝕，觀察到的低倍組織如圖7所示。從圖中可以看出，低倍組織中存在明顯的團聚狀不均勻組織。
[0031]實施例4
[0032]從經過兩相區鍛造的TB6鈦合金棒材上截取200mm厚縱截面試樣。將試樣放在到達保溫溫度后的電阻爐有效工作區內保溫，爐溫均勻性要求±10°c，保溫溫度T為β相變點溫度Tfi以下5°C，即810°C，爐子再次到達保溫溫度后開始計算保溫時間，保溫時間t = 0.25X200 = 50min，空冷；然后對試樣經過表面機加工后使用配比為10HF-20HN03-70H20(Vol.% )的腐蝕液腐蝕，觀察到的不均勻低倍組織如圖8所示，這是因為Fe等成分偏析導致的β相變點波動，在反復加熱和鍛造變形后進一步加劇了組織不均勻性。
[0033]實施例5
[0034]從經過兩相區鍛造的TC18鈦合金鍛件上截取400mm厚縱截面試樣。將試樣放在到達保溫溫度后的電阻爐有效工作區內保溫，爐溫均勻性要求±10°c，保溫溫度T為β相變點溫度Tfi以下10°C，即860°C，爐子再次到達保溫溫度后開始計算保溫時間，保溫時間t = 0.15X400 = 60min，空冷；然后對試樣經過表面機加工后使用配比為10HF-20HN03-70H20(Vol.% )的腐蝕液腐蝕，觀察到的不均勻低倍組織如圖9所示，這是因為Fe等成分偏析導致的β相變點波動，在反復加熱和鍛造變形后進一步加劇了組織不均 y
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【主權項】
1.一種檢驗鈦合金低倍組織不均勻性的方法，其特征在于，具體包括以下步驟: (1)從原始狀態為兩相區鍛造的棒材或鍛坯上截取一段試樣； (2)將步驟(I)中所述的試樣放在到達保溫溫度后的電阻爐有效工作區內保溫，爐溫均勻性要求±10°c，保溫溫度T為棒材或鍛坯β相轉變點溫度Tfi以下10°C至β相變點溫度Tfi以上15°C，即T β-10ο?^Τ ( Te+15°C，當爐子再次到達保溫溫度后，開始計算保溫時間，保溫時間t = η X δ max，保溫時間t的單位為min，δ max為試樣的最大厚度，單位為mm, η為加熱系數，加熱系數η的取值為0.15?0.5，最短保溫時間為20min，然后空冷； (3)將步驟(2)中所述的試樣經表面機加工并腐蝕后觀察低倍組織。
【專利摘要】本發明涉及一種檢驗鈦合金低倍組織不均勻性的方法。本發明通過對兩相區鍛造變形的棒材或鍛坯上截取的試樣進行Tβ-10℃～Tβ+15℃相變點附近溫度范圍的加熱產生α→β→α相變的取向變體擇優選擇，使原始組織的不均勻現象利用晶體學取向的“組織遺傳”效應，擴大正常組織與異常組織界面的晶粒取向差異，同時通過相變點附近α→β→α相變對成分偏析的敏感性特點，顯示成分偏析帶來的組織不均勻性，從而有利于在腐蝕后能順利觀察到低倍組織的不均勻性。通過該方法可以直觀地觀察出鈦合金棒材和鍛坯等半成品因成分偏析或變形不均勻導致的原始低倍組織的團聚狀不均勻、較大塊分散型不均勻、細小塊分散型不均勻等組織缺陷。
【IPC分類】G01N1/28
【公開號】CN104931315
【申請號】CN201510303474
【發明人】商國強, 朱知壽, 費躍, 王新南, 李靜, 祝力偉
【申請人】中國航空工業集團公司北京航空材料研究院
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年6月5日