钛合金锻造时,由于工艺规范不当,原材料质量控制不严等原因,锻件可能会存在各种缺陷。常见的缺焰有以下几种:
1、β脆性
β脆性是由于锻件过热引起的。α和(α+β)钛合金,尤其是(α+β)钛合金,如果锻造加热温度过高,超过了其β转变温度,致使锻件低倍组织晶粒大,呈等轴状;显微组织中α相沿粗大的原始β晶粒的晶界及晶内呈条状析出。结果是锻件在室温下的塑性降低,这种现象叫β脆性。
钛合金锻件的过热缺陷不能通过热处现的方法来修复,而必须通过再次加热到β转变温度以下(如果锻件允许)进行塑性变形才能修复。
为广防止过热发生,钛合金加热时,应严格控制炉温,定期测定炉膛合格区温度,合理安排装料位和装料数不能大多。采用电阻加热时,炉膛两侧要设置挡板,以免坯料过分接近碳化硅棒而引起过热。检测各炉号合金的实际β转变温度,也是防止:过热的有效措施。
2、局部粗晶
在锤上或压力机上模锻时,由于钛合金的导热性较差,坏料表层与模具接触过程中 温度降低很多,加上坯料表面与模具上下模间摩擦的影响,坯料中间部分受到强烈变形,表面变形程度小,使原材料的组织保留下来,就形成新局部粗晶。
为了避免钛合金局部粗晶缺陷,可采取如下措施:采用预锻工序,使终锻时变形均匀;加强润滑,改善坯料与模具间的摩擦;充分预热模具,以减少坯料在锻造过程的温度下降。
3、裂纹
钛合金锻造表面裂纹主要是终锻温度低,钛合金的充分再结晶温度时产生的。在模锻过程中,坯料与模具接触时间过长,由于钛合金的导热性差,容易引起坯料表面冷却到低于允许的终锻温度,也会引起锻件表面裂纹。为控制裂纹的发生,在压力机上模锻时,可采用玻璃润滑剂,或在锤上锻造时,尽量缩短坯料同下模的接触时间。
4、残留铸造组织
锻造钛合金铸锭时,如果锻造比不够大或锻造方法不当,锻件会残留下铸造组织。解决此缺陷的方法就是增大锻造比和采用反复镦拨。
5、亮条
所谓钛合金锻件中的亮条,是存在于低倍组织中的一条条具有异样光亮度的肉眼可见的带。由于光照角度的差异,亮条可以比基体金属亮, 也可比基体金属喑。在横断而上,它呈点状或片状;在纵断面上,则为平滑长条,其长度从十多毫米到数米不等。产生亮条的原因主要存两个:一是钛合金化学成分偏析,二是锻造过程的变形热效应。
亮条对钛合金的性能有一定影响,特別是对塑性和高温件能影响较大。防止亮条出现的措施是严格控制冶炼中化学成分的偏析;正确选择锻造热力规范(加热温度、变形程度、变形速度等),以避免锻件各处温度因变形热效应而相差太大。
6、α脆化层
α脆化层主要是钛合金在高温时氧和氮通过疏松的氧化皮,向金属内部扩散,使表层金属的氧和氮的含最增加,从而使表层组织中α相的数量增多。与表层金属的氧和氮含量达到一定数值后,表层组织就可能完全由α相所组成。这样钛合金锻件的表面就形成了α较多或完全为α相的表层。这种α相构成的表面层,通常称为α脆化化。钛合金坯料表面的α脆化层过厚,锻造时可能导致坯料开裂。
α脆化层的厚度与锻造或热处理时使用加热炉类型、炉内气体性质、毛坯或锻件的加热温度和保温时间密切相关。随加热温度升高、保温时间的增长厚度增加;随炉气中氧和氮含量的增多而加厚。因此,为了避免这种脆化层过厚,对锻造或热处理的加热温度、保温时间以及炉气性质等,必须加以适当控制。
α、β以及(α+β)钛合金都可能形成α脆化层。但α钛合金对形成α脆化层特别敏感,而β钛合金要在加热到980℃以上才会形成α脆化层。
7、氢脆
氢脆有两种类型:应变时型和氢化物型。处于晶格间隙内的氧原子在应力作用下,经过 一定时间扩敗聚集到应力染中的缺口处。由于氢原子与位错的交互作用使位错被钉住,不能自由运动,从而使基体变脆的现象叫做应变时效型氢脆。高温下溶入固溶体的氢,随温度下降以氢化物形式析出,而使钛合金变脆的现象就叫做氢化物型氢脆。这两种类型的氢脆,在钛和钛合金中都吋能出现。
氢脆问题是钛合金中氢含量超标引起的。因此,工业钛合金中要求氢含量必须控制在0.015%以内。
为了防止或减少氢脆,锻造或热处理时成使炉子略带氧化性气氛,对于氢含量超过规定以及重要的钛合金锻件,可进行真空退火,以消除氢脆。氢
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