钛合金棒料加工开裂原因有哪些？

钛合金棒料的生产工序 :切段 →车外圆 →钻内 孔 →热处理 (800 ℃×120min ,水冷) →再加工。钛棒在再加工前和再加工过程中数件棒料出现表面轴向裂纹。

首先分别对再加工前和再加工过程中出现裂纹的工 件进行表面裂纹深度测量。结果表明 ,裂纹的最深 位置在裂纹表面开口较大部位 ,但采用煤油渗透时 , 未发现穿透性裂纹缺陷。

用 MEF6 光学显微镜观察所取金相试样 ,裂纹周围的显微组织为正常的α相和β相 ,且均为等轴状的多边形晶粒 ;同时在裂纹的末端有少许孔洞 ,且 孔洞的边缘呈无规则现象 ,而无裂纹的区域未发现 孔洞。由此可见 ,这些孔洞有可能是表层以下的缺 陷由里向外扩展到表面的结果。

用 HRS2150 洛氏硬度计测试裂纹附近材料的 硬度值 ,从检测结果看 ,该处的硬度值为 34 HRC 左 右 ,比其他部位的硬度值偏高 2 HRC , 并且均匀 性差。

钛棒厂家将试样沿裂纹方向打开 ,肉眼观察 ,断裂面平 整 ,呈黑色。用 KYKY23800 型扫描电镜观察 ,断口 表面氧化严重 ,裂纹源和扩展区难以识别 ,整个裂纹 断面呈现冰糖状的沿晶断裂形貌

TC4钛棒从无损检测、金相分析、扫描电镜和能谱分析结果知 ,工件裂纹的最深位置在裂纹表面开口较大部 位处 ,裂纹周围的显微组织均匀正常 ,未见任何成分 偏析及夹杂等缺陷。从断口的微观形貌发现 ,材料 中存在一些微小二次裂纹和析出的第二相 ,能谱分 析结果表明 ,该第二相铝含量很高 ,极易形成脆性相 ( Ti3 Al) ,它的存在阻碍了滑移 ,促进局部应力升高 而形成裂纹 ;同时它又破坏了金属基体的 连接强度 ,在再次加工过程中 ,由于应力较大而引起 开裂。另外 ,有些第二相沿晶界析出 ,导致 晶界脆化 ,由此在机加工所产生的残余应力作用 下 ,使工件内的裂纹向工件表面扩展 ,最后导致工件 在热处理后在有裂纹的断口处呈黑色(对于钛合金 , 当加热温度 > 550 ℃时 ,其中的钛与氧就会发生反应 形成氧化层 )。

结论

(1) 钛合金棒料表面裂纹是在热处理前产生的。

(2) 材料中存在的一些微小二次裂纹和析出的 脆性相 ,破坏了金属基体的连接强度 ,有些第二相沿 晶界析出 ,导致晶界脆化 ,在机加工或热处理产生的 残余应力作用下 ,引起了工件裂纹的扩展。