TC11钛合金零件组织缺陷分析

通过高低倍金相检测,硬度检测,能谱,热处理对TC11钛合金零件缺陷进行了分析。得出了零件缺陷的几个特征。特征表明:①TC11零件缺陷处低倍存在不同轻重程度的暗线;②TC11零件缺陷处高倍组织表现为初生α相含量不同程度的减少;③缺陷处显微硬度与基体区无明显差异;④缺陷处存在贫铝高钼的偏析趋势。⑤贫铝高钼的轻微波动在R态棒材组织的影响未表现出来,但可在相变点温度下30℃左右受热时显现。造成零件缺陷的成因为合金添加的AlMo中间合金粒度过大。     

TC4钛合金棒材缺陷分析

TC4棒在改锻时,超声波检验发现超限缺陷波。用金相显微镜观察了缺陷处微观组织形貌,用能谱仪测试了缺陷部位成分。结果表明：缺陷区Al、V含量尤其是V含量偏低,富氧含碳和少量的氮,组织为粗大的α相。由此得出缺陷区是冶金缺陷,是氧化的海绵钛熔化形成的富氧夹杂和低密度偏析。为了防止此类缺陷给材料带来危害,生产厂在熔炼时应挑选海绵钛,除去氧化硬块。     

TC4钛合金TIG焊接头组织及缺陷分析

针对20 mm厚钛合金开展了TIG焊接工艺试验,采用两种不同的焊接热输入,从组织、性能及焊接缺陷等方面对接头进行了研究。结果表明:接头焊缝区的马氏体较熔合区及热影响区的马氏体分布更加弥散,热影响区马氏体的数量更少且更为细小;焊缝晶粒尺寸随着焊接热输入的增大而增大,晶粒内部的马氏体尺寸也越大且分布越弥散;焊接速度过快是导致气孔缺陷的主要原因,也是严重降低接头力学性能的重要原因。应严格控制焊接热输入,防止接头晶粒粗大,避免产生异常组织和裂纹等缺陷。     

TC6钛合金棒材偏析缺陷分析

分析了TC6钛合金棒材中三种形式的偏析,探讨了其形成原因。研究发现偏析在组织形貌上一般以亮斑或黑斑形式存在,其形成主要与钛合金的制备过程有关。为了减少或消除偏析,应从原料选择、配料、电极制备、合金熔炼等工艺的优化、现场管理和过程控制着手。     

TC6钛合金棒材黑条纹缺陷分析

针对某TC6钛合金棒料加工产品在进行低倍检查时发现的黑条纹缺陷问题,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条纹区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。试验结果表明,按照上述方法可以有效判定TC6合金成分偏析及其类型;且确定该类型缺陷不影响使用,切除后可交货。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。     

TC4钛合金脊柱螺钉失效分析

TC4钛合金脊柱螺钉在植入人体后,在低于其预期寿命时,发生断裂失效。为了避免该材料在今后使用过程中发生异常断裂事故,有必要分析这一断裂失效的原因,为改进材料的制备工艺提供必要的信息。为此本研究对这一生物材料断口作了扫描电镜观察及能谱分析,同时还作了化学成分分析与金相分析。结果发现断口处没有发生明显的塑性变形,且疲劳源、慢速和快速裂纹扩展区轮廓非常明显。认为该零件所用材料的冶金质量不是其失效原因,而疲劳断裂才是其真正的失效机制。     

TC11钛合金高温持久异常断裂分析

为分析TC11钛合金高温持久试样异常断裂原因,通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)观察分析高温持久异常断裂试样的断口及表面微观形貌,并用能谱仪进行微区成分分析。异常断裂试样表面发生明显氧化和多处开裂,试样断口边部存在多处深褐色氧化凹坑,断口外圆周凹坑处多发生沿晶断裂,心部为韧性断裂。试样表面裂纹区域含有Cl、Mg、Na等元素,是导致试样异常断裂的直接原因。Mg、Na、Cl等元素是由捆绑热电偶的石棉绳引入,在高温环境下试样表面发生热盐应力点腐蚀,随着高温持久试验应力的持续加载试样发生形变,点腐蚀凹坑处产生裂纹并迅速延伸导致试样异常断裂。采用镍铬丝捆绑热电偶时试样表面未发生热盐应力腐蚀,其对TC11钛合金持久性能的影响很小。     

TC4钛合金表面激光合金化Ti-Si-C涂层的研究

以Ti-Si-C单质元素混合粉末为原料,采用激光合金化技术在TC4钛合金表面成功制备出Ti-Si-C合金涂层。利用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)及其配备的能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计以及摩擦磨损试验机,分析了涂层的组织形貌、成分和物相,测试了涂层的显微硬度及与YG6在干摩擦磨损条件下的摩擦磨损性能。结果表明:在激光功率P=2.0 k W,扫描速度v=9 mm·s~(-1),光斑直径D=2 mm下制备的涂层整体均匀致密、无裂纹,与TC4基体具有较高的冶金结合性;涂层组织主要由α-Ti基体、网状分布的Ti_3Si C_2,Ti_5Si_3/β-Ti共晶体(室温下为Ti_5Si_3/α-Ti)和弥散分布的Ti C相组成;Ti-Si-C涂层的显微硬度值沿层深变化比较平缓,平均硬度为HV 649,比TC4基体(HV 360)提高了80%;涂层平均摩擦系数为0.38,比钛合金基体(0.45)降低了16%;涂层的磨损体积为0.048 mm~3,耐磨性是钛合金基体(0.13 mm~3)的2.71倍。     

TC4钛合金工艺进展

文章总结了近年来针对TC4钛合金的成分开发,并进一步围绕TC4钛合金论述了增材制造、超塑成形、粉末冶金、精密铸造等近净成型技术的研究进展。     

TC4钛合金负角度零件超塑成形及性能研究

在前期材料实验的基础上对TC4钛合金负角度零件超塑成形过程进行仿真,获得压力-时间曲线和壁厚分布,并根据仿真结果中接触摩擦力分布情况,预测了模具磨损。对仿真获得的压力-时间曲线进行修正,并将修正后曲线作为实际加载曲线进行超塑成形实验,获得负角度零件。比较了零件型腔底端壁厚的实际结果与仿真结果,同时,研究了成形零件的负角度壁壁厚分布、显微组织、力学性能。结果表明:取件温度为300℃时,零件外形及表面质量较好;实际零件型腔底端壁厚分布与仿真结果趋势相同,两者最大误差为4.4%;零件最小壁厚在负角度过渡圆角处,其值为0.66 mm,最大减薄率为67%;负角度壁壁厚标准差为0.186 mm,说明此部位壁厚分布比较均匀;成形后材料的晶粒尺寸长大明显,而室温屈服强度、抗拉强度、延伸率从原始材料的951,1045 MPa,13.9%下降至853,955 MPa,10.8%,说明经过超塑成形后,材料由于晶粒长大而导致力学性能下降。     

TC4钛合金熔炼工艺的对比分析

文章介绍了国际上常用的钛及钛合金铸锭的熔炼工艺VAR法和EBCHM法,并研究分析了用这两种生产工艺生产TC4铸锭的特点。     

TC4钛合金表面α污染层及金相检测方法

在叙述钛合金表面α污染层对材料性能严重危害以及金相法检测α污染层比其它方法优越的基础上，详细介绍了金相的检测方法，用庐方法不仅检测出了TC4钛合金表面的单机α污染层和富α相污染层，而且检测出了厚度小于10μm的特殊α污染层，并对不同α污染层的形成及其特征进行了探讨。     

TC4钛合金表面磁控溅射TiAlN涂层的组织与性能

采用TiAl合金靶材,在TC4钛合金基材表面以不同磁控溅射工艺沉积制备了TiAlN涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)分别分析了不同工艺制备的TiAlN涂层的表面形貌、表面成分及相结构,并对TiAlN涂层的耐蚀性、耐磨性等进行了研究。结果表明,采用磁控溅射工艺可在TC4钛合金表面制备出表面相对平整且结构致密的TiAlN涂层;沉积了TiAlN涂层的TC4钛合金试样的表面性能得到了提高,其磨损失重量和TC4钛合金基材相比降低了80%,耐盐雾腐蚀性能达到了保护级9级。     

304不锈钢表面冷喷涂TC4钛合金涂层性能研究

采用冷喷涂技术在304不锈钢表面制备了TC4钛合金涂层,通过扫描电子显微镜观察了涂层的形貌、组织结构,并利用电化学方法研究了涂层的腐蚀电化学特征。研究结果表明,冷喷涂制备的TC4钛合金涂层致密性存在较为明显的梯度现象,靠近基体的涂层密度明显高于表面;涂层喷涂过程没有出现明显氧化现象,与基体的结合强度可达20 MPa左右;涂层的耐腐蚀性能优于304不锈钢,可大大提升不锈钢材料在海洋环境中的耐点蚀性能。     

GCr15轴承钢零件表面缺陷分析

轧钢厂生产的GCr15热轧圆钢,用户在使用过程中发现有细小线状裂纹缺陷的存在。取样采用宏观检验、光谱分析、非金属夹杂物检验、金相分析及能谱分析等方法对缺陷原因进行分析。结果表明:近裂纹处夹杂物超标准要求,裂纹缝隙内有灰色氧化物,裂纹大多沿晶或穿晶开裂,裂纹缝隙边缘无明显脱碳现象,正常处金相组织为回火索氏体+粒状碳化物,零件表面裂纹的特征符合淬火裂纹特征。     

TC4钛合金均匀性研究

通过分析TC4合金铸锭和板坯纵向头中尾各部位的横截面圆心、1/4r、1/2r、3/4r和边沿五个位置的化学成分均匀性,和铸锭纵向头中尾的横向低倍检测,通过均匀性研究验证了中间合金类别、海绵钛和中间合金的颗粒度、混料、熔炼等工艺选择的合理性。     

电流密度对TC4钛合金表面熔盐电解渗硼的影响

以TC4钛合金为基体进行熔盐电解渗硼,利用辉光放电光谱仪(GDOES)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度计研究电流密度对渗硼层厚度、成分、组织、相结构及硬度的影响。结果表明:电流密度在50~90 m A/cm2时,渗硼层晶粒随电流密度的增加由粗大变得细小,渗硼层厚度先增大后减小,电流密度为60 m A/cm2时渗硼层厚度最大。渗硼层不含Al,而V则易固溶于硼化物中。渗硼层主要由Ti B和Ti B2组成,在(111)晶面择优生长。渗硼层的显微硬度相对基体硬度提高了5倍。     

TC4钛合金的表面氧化及其对疲劳性能的影响

将TC4钛合金在300~850℃下进行了热处理,研究了不同温度处理后材料表面氧化层的特征变化和表面氧化层对材料疲劳性能的影响。结果表明,随温度的升高,氧化层的颜色发生了变化,氧化层的厚度增加,550℃后增加速度明显加快;试样在空气中经过800℃×3 h热暴露后,疲劳强度降低了约200 MPa。     

表面加工方法对TC4钛合金表面完整性及高周疲劳性能的影响

研究了磨削、一次喷丸、二次喷丸3种表面加工方法对TC4钛合金表面完整性及高周疲劳性能的影响规律,采用白光干涉仪、X射线残余应力测试仪对经不同方法加工的试样的表面形貌、表面粗糙度和表面残余应力分布等表面完整性参数进行了表征。采用旋转弯曲疲劳试验机分别测试了不同方法加工的光滑试样(应力集中系数Kt=1)和缺口试样(Kt=2)的旋转弯曲疲劳S-N曲线。结果表明,相比磨削,一次喷丸和二次喷丸处理后TC4钛合金光滑试样和缺口试样的疲劳极限均显著提高,TC4钛合金的疲劳缺口敏感性下降。另外,二次喷丸的疲劳极限增益效果优于一次喷丸的,原因是二次喷丸在TC4钛合金表面形成了更优的残余压应力场分布和更低的表面粗糙度。     

EBM成型TC4钛合金研究进展

电子束熔化成型技术(electron beam melting,EBM)是3D打印的代表性技术之一,特别适合传统工艺不易加工的Ti-6Al-4V合金(TC4钛合金)的快速成型,目前在航空航天、化工、生物医疗等领域展示出巨大的应用前景。从EBM的原理出发,综述了EBM制备TC4钛合金的显微组织、缺陷以及力学性能。分析了受成型工艺参数和成型件位置等因素影响的冷却速度的变化所导致的TC4钛合金的显微组织发生变化;并指出了导致TC4钛合金出现缺陷的主要原因。EBM成型TC4钛合金的拉伸性能已与锻造TC4钛合金相当,其较低的疲劳强度可以通过热等静压处理提高。