钛合金锻件的超声波探伤要点.docx

钛合金锻件的超声波探伤 钛合金比重小（约 4.5）、熔点高（1600℃左右）、塑性好，具有比强度高、耐蚀性强，能在高温下长期工作（目前热强钛合金已用于 500℃）等优点，因而已经越来越多地用作飞机和飞机发动机的重要承载部件，除了钛合金材料的锻件外，还有铸件、板材（如飞机蒙皮）、紧固件等等。现代国外飞机上采用钛合金的重量比已经达到 30%左右，可见钛合金在航空工业上的应用有着广阔的前途。当然，钛合金也存在如下缺点：例如变形抗力大、导热性差、缺口敏感性较大（1.5 左右）、显微组织的变化对机械性能影响较显著等，从而导致在冶炼、锻造加工和热处理时的复杂性。因此，采用无损检测技术以保证钛合金制品的冶金和加工质量，就是一个很重要的课题。 钛合金锻件中容易出现的缺陷一.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。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 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。 钛合金锻件超声探伤的几个问题 除了一般锻件超声探伤方法中应当注意的问题外，钛合金锻件的超声探伤还有以下几个需要注意的问题。 一.原材料的冶金质量 前面第二部分所述的缺陷大部分是在原材料上就存在的，结合考虑我国钛工业生产 的实际情况（原材料、工艺等），加上钛合金价格昂贵，加工困难，并且锻件的形状一般都比较复杂，使得锻件的超声探伤存在一定的困难（例如死角、盲区、探测方向不利等），为了将质量隐患尽早阻绝在初始阶段，应该严格把好原材料的冶金质量关，其超声验收标准应该从严要求，其方法也应该更为详细。 例如，对钛合金圆棒，除了按一般周面 360°的径向入射纵波探伤外，还应作周面 360° 的弦向横波探伤（折射角一般为45°），以保证发现直探头无法发现的表面和近表面缺陷（例如径向裂纹）。对于钛合金方坯、饼坯、环坯等除了作垂直入射的纵波探伤外，考虑到可能存在沿锻造变形应变线产生的裂纹（在横截面上多为近似 45°取向）及某些倾斜取向的缺陷，还应作折射角 45°的径向横波探伤（国外有些标准还要求作水中 5°入射纵波检查和折射角 60°的径向、弦向横波检查，如英国的 RPS705 和美国的 DPS4.713）。 由于钛合金探伤灵敏度要求较高，故纵波探伤宜用 5MHz，横波探伤用 2.5MHz（两者在同一材料中波长相当）的频率。在评定、鉴别缺陷时，有时还要使用更高的频率（如苏联资料建议使用 20MHz 的频率）。 二.选择合适的检测方法 为了确保钛合金锻件的质量，除了严格控制原材料质量外，还必须防止在后续热加工过程中出现缺陷，应该重视锻件的毛坯及半成品的超声探伤，以及成品阶段的X 射线探伤、荧光渗透探伤和阳极化腐蚀等检查手段，其方法的选用原则上与一般锻件基本相同。 三.需要评定的几个参数 钛合金锻坯与锻件的超声波验收标准很严格，要求评定的参数也较多，目前国外航空钛合金锻件超声波探伤的验收标准如表 1。 表 1 国外航空钛合金锻件超声波探伤验收标准（最高等级）一览表 机构名称 美国格鲁曼飞 机公司 美国波音 飞机公司 美国道格拉斯 飞机公司 美国宇航 材料规范 美国 军用规范 标准名称 钛与钛合金的超声质量要求 超声检验 锻制金属的超声检验 钛合金的超声检验 锻制金属的超声检验 适用范围 棒材,锻坯,模锻锻坯,棒材,板材, 锻件,锻坯,环形横 截 面 厚 度横截面厚度≥1/4 件 , 自 由 锻 件模锻件, 自由锻 锻件,轧坯,棒材 ≥13