鈦合金棒料的生產工序 :切段 →車外圓 →鑽內 孔 →熱處理 (800 ℃×120min ,水冷) →再加工。鈦棒在再加工前和再加工過程中數件棒料出現表麵軸向裂紋。

首先分別對再加工前和再加工過程中出現裂紋的工 件進行表麵裂紋深度測量。結果表明 ,裂紋的最深 位置在裂紋表麵開口較大部位 ,但采用煤油滲透時 , 未發現穿透性裂紋缺陷。

用 MEF6 光學顯微鏡觀察所取金相試樣 ,裂紋周圍的顯微組織為正常的α相和β相 ,且均為等軸狀的多邊形晶粒 ;同時在裂紋的末端有少許孔洞 ,且 孔洞的邊緣呈無規則現象 ,而無裂紋的區域未發現 孔洞。由此可見 ,這些孔洞有可能是表層以下的缺 陷由裏向外擴展到表麵的結果。

用 HRS2150 洛氏硬度計測試裂紋附近材料的 硬度值 ,從檢測結果看 ,該處的硬度值為 34 HRC 左 右 ,比其他部位的硬度值偏高 2 HRC , 並且均勻 性差。

鈦棒廠家將試樣沿裂紋方向打開 ,肉眼觀察 ,斷裂麵平 整 ,呈黑色。用 KYKY23800 型掃描電鏡觀察 ,斷口 表麵氧化嚴重 ,裂紋源和擴展區難以識別 ,整個裂紋 斷麵呈現冰糖狀的沿晶斷裂形貌

TC4鈦棒從無損檢測、金相分析、掃描電鏡和能譜分析結果知 ,工件裂紋的最深位置在裂紋表麵開口較大部 位處 ,裂紋周圍的顯微組織均勻正常 ,未見任何成分 偏析及夾雜等缺陷。從斷口的微觀形貌發現 ,材料 中存在一些微小二次裂紋和析出的第二相 ,能譜分 析結果表明 ,該第二相鋁含量很高 ,極易形成脆性相 ( Ti3 Al) ,它的存在阻礙了滑移 ,促進局部應力升高 而形成裂紋 ;同時它又破壞了金屬基體的 連接強度 ,在再次加工過程中 ,由於應力較大而引起 開裂。另外 ,有些第二相沿晶界析出 ,導致 晶界脆化 ,由此在機加工所產生的殘餘應力作用 下 ,使工件內的裂紋向工件表麵擴展 ,最後導致工件 在熱處理後在有裂紋的斷口處呈黑色(對於鈦合金 , 當加熱溫度 > 550 ℃時 ,其中的鈦與氧就會發生反應 形成氧化層 )。

結論

(1) 鈦合金棒料表麵裂紋是在熱處理前產生的。

(2) 材料中存在的一些微小二次裂紋和析出的 脆性相 ,破壞了金屬基體的連接強度 ,有些第二相沿 晶界析出 ,導致晶界脆化 ,在機加工或熱處理產生的 殘餘應力作用下 ,引起了工件裂紋的擴展。