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鈦合金骨架開裂，原因找到了, 產生原因進行分析!

2024年06月21日 仁成精密鋼管廠1333???3??? 鋼鐵知識 百度已收錄 № 11809
鈦合金鑄件骨架試樣1件，鑄件處理流程為：熱等靜壓→無損檢測→補焊→熱處理→終檢測，后續加工過程中發現裂紋，要求對裂紋產生原因進行分析。


一、理化檢驗


1.1 宏觀分析
鑄件裂紋宏觀形貌如圖1a所示。裂紋附近外表面金屬光澤明顯，裂紋不能閉合，中間部位有較大縫隙。肉眼觀察斷口未發現明顯自由面，將斷口置于三維視頻顯微鏡下觀察，一側斷口發現一處光亮區域，形貌如圖1b、圖1c所示。

圖1  送檢試樣宏觀形貌


1.2 掃描電鏡分析
將斷口置于掃描電鏡下進行觀察。斷口部分區域存在類似自由面的特征，其他區域均表現為韌窩特征，形貌如圖2所示。對類似自由面區域以及韌窩區域分別進行能譜分析，主體元素含量基本一致，均未發現氧元素存在，能譜分析結果見表1。

圖2  掃描電鏡斷口形貌

表1  能譜分析結果（質量分數）  （%）


1.3 金相檢驗
將斷口試樣從中間對半剖開進行金相分析，如圖3所示。觀察發現，右側斷口上部存在焊縫區域，下部有柱狀晶特征，左右兩側斷口上部及下部均存在一定的熱影響區，缺陷附近存在明顯焊接特征。

圖3  斷口剖面低倍形貌


金相組織觀察結果如下：基體為魏氏組織；熱影響區為針狀α+晶間β+部分殘留的晶界α；焊縫為針狀α+晶間β+極少量殘留的晶界α，金相組織形貌如圖4所示。

圖4  金相組織


二、分析與討論


縮孔和縮松是鈦合金鑄造過程中常見的缺陷類型，鈦合金縮松缺陷可以通過熱等靜壓處理來消除，但大尺寸的海綿狀縮松經熱等靜壓處理后，在鑄件表面常出現壓陷，通常需要補焊修正。與其他金屬鑄造縮孔相比，鈦合金鑄造縮孔表面不氧化，仍呈金屬光澤。

宏觀金相證明，在鑄造完成后對彈翼骨架裂紋附近進行了補焊，但補焊過程中未將原始缺陷完全挖除。

掃描電鏡觀察，斷面整體表現為韌窩斷裂特征，僅在個別區域發現有類似自由面特征，該區域肉眼觀察斷口時存在不能閉合的間隙，此處應為鑄造產生的原始縮孔缺陷；鑄件基體為粗大的晶粒和粗大過熱的魏氏組織，這種組織決定了鑄件存在較大的內應力，原始缺陷處應力也容易集中，同時鑄件本身的塑性較低，容易導致鑄件產生進一步開裂。


三、結束語


鈦合金骨架開裂原因為存在原始鑄造縮孔缺陷，補焊過程中未將缺陷完全挖除，造成應力集中，后續加工時在焊接應力、加工應力共同作用下導致開裂，開裂方向為由缺陷處向外擴展。
參考文獻：略。

作者：潘恒沛，徐魁龍，李志浩等

單位：洛陽船舶材料研究所


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