钛合金由于具有低密度、高比强、耐高温、抗腐蚀及无磁性等优异的综合性能,使其成为当代航空航天领域最具前途的金属结构材料之一。随着钛合金的大量应用,其冶金质量问题也日益引起业界人士的广泛关注,于是钛合金的冶金质量显得越来越重要。

目前工业钛合金80%以上以变形钛合金使用,如钛锻件、锻棒及轧制型材等形式。锻造变形是保证钛合金材料获得理想组织与性能的最主要手段,但是不正确的锻造工艺往往会使钛合金产品出现一些不理想的组织和冶金缺陷,从而恶化其力学性能,给钛合金产品的正常使用造成潜在危害,同时给生产及使用厂家造成大量浪费,故研究分析各种钛合金锻造缺陷的形成机理,并采取有效预防措施具有十分重要的价值。

一.偏析型缺陷

除了β偏析、β斑、富钛偏析及条状α偏析外,最危险的是间隙型α稳定偏析(I型α偏析),其周围常伴有细小的孔洞、裂纹,含有氧、氮等气体,脆性较大。还有富铝型α稳定偏析(II型α偏析),也因伴有裂纹并有脆性而构成危险性缺陷。

二.夹杂物多是高熔点、高密度的金属夹杂物引起的缺陷

由钛合金成分中高熔点、高密度元素未充分熔化留在基体中形成(例如钼夹杂),也有混在冶炼原材料(特别是回收材料)中的硬质合金刀具崩屑或不适当的电极焊接工艺(钛合金的冶炼一般采用真空自耗电极重熔法),例如钨极电弧焊,留下的高密度夹杂物,如钨夹杂,此外还有钛化物夹杂等。夹杂物的存在容易导致裂纹的发生与扩展,因此是不允许存在的缺陷(例如苏联1977年的资料中规定,钛合金X射线照相检查时发现直径0.3~0.5mm的高密度夹杂物就必须予以记录)。

三.残余缩孔引起的缺陷

见实例。

四.孔洞

孔洞不一定单个存在,也可能呈多个密集存在,会使低周疲劳裂纹扩展速度加快,造成提前疲劳破坏。

五.裂纹

主要指锻造裂纹。钛合金的粘性大,流动性差,加上导热性不好,因而在锻造变形过程中,由于表面摩擦力大,内部变形不均匀性明显以及内外温差大等,容易在锻件内部产生剪切带(应变线),严重时即导致开裂,其取向一般沿最大变形应力方向。

六.过热引起的缺陷

钛合金的导热性较差,在热加工过程中除了加热不当造成锻件或原材料过热外,在锻造过程中还容易因为变形时的热效应造成过热,引起显微组织变化,产生过热魏氏组织。

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