鈦合金存在如下缺點:例如變形抗力大、導熱性差、缺口敏感性較大 (1.5左右)、顯微組織的變化對機械性能影響較顯著等,從而(ér)導致(zhì)在冶煉、鍛(duàn)造加工和熱處理時(shí)的複雜性。因此,采用無損(sǔn)檢測(cè)技術以保證鈦合金製品的冶金和加工質量,就是一個很重要的課題。除了一般鍛件超聲探傷方法(fǎ)中應當注意的問題外,鈦合金(jīn)鍛件的超聲(shēng)探傷還有以下幾個需要注意的問題。
一. 原材料的冶金質量
前麵第二部分所述的缺(quē)陷大部(bù)分是在原材料上就(jiù)存在的,結(jié)合考慮我國鈦(tài)工業生產的實際情況(原材料、工藝等),加上鈦合(hé)金價格昂貴,加工困(kùn)難,並且鍛件的形狀一(yī)般都比較複雜,使得(dé)鍛件的(de)超聲探傷存在一定(dìng)的困難(例如死角、盲(máng)區、探測方向不利等),為了(le)將(jiāng)質量隱患盡(jìn)早阻絕在初始階段,應該嚴格(gé)把好原材料的冶金(jīn)質量關,其超聲驗收標準應該從嚴要求,其方(fāng)法也應該更為詳細。
例如,對鈦合金圓棒,除了按一般周麵360°的徑向入射縱波(bō)探傷外,還應作周麵360°的(de)弦向橫波探傷(折射角一般為45°),以保證發現直探頭無法發現的表麵和近表(biǎo)麵(miàn)缺陷(例(lì)如徑向裂紋)。對於鈦合金方坯、餅坯、環坯等除了作垂直(zhí)入射的縱波探傷外,考慮到可能存在沿鍛造變形應(yīng)變線產生的裂紋 (在橫截(jié)麵上多為近似45°取向)及(jí)某些傾斜取向(xiàng)的缺陷,還應作折(shé)射角45°的徑向橫波探傷(國外有些標(biāo)準還要(yào)求作水中(zhōng)5°入射縱波檢查和(hé)折射角60°的徑向、弦向橫(héng)波檢查,如英國的RPS705和(hé)美國的DPS4.713)。
由於鈦合金探傷靈敏度要求較高,故縱波探傷宜用5MHz,橫波探傷用2.5MHz(兩者在同一材料中波長相當)的頻率。在評(píng)定(dìng)、鑒別缺陷時,有時還要使用更高的頻率(如蘇聯資料建議使用20MHz的頻率)。
二. 選擇合適的檢測方法
1.為了確保鈦合金鍛件的質量,除了嚴格控製原材料質量外,還必須防止在後續熱加工過(guò)程中出現缺(quē)陷,應該重視(shì)鍛件的毛坯及半成品的超聲探傷,以及成品階段的X射(shè)線探傷、熒光滲透探傷和陽極化腐蝕等(děng)檢查手段(duàn),其方法的選用原則上與一般鍛(duàn)件基本相同。
2. 鈦合金鍛件的顯微組織變化對其機械性能有較顯著的影響,對超聲探傷中(zhōng)的雜波水平及底波損失的評定起到檢查鈦合金組織均勻性的作用,應予以充分的重(chóng)視。
超聲波在晶界及晶內(nèi)相組織上的散(sàn)射可能在熒光(guāng)屏上以雜波顯示,也可能表現為(wéi)聲(shēng)能衰減引(yǐn)起底波高度的降低(底波損失),這兩者與顯微組織有一定的對應關係。根據這兩項參數的評定,已經發現過粗晶、並列α組織(能造成低周循環疲勞性能下降(jiàng)的魏氏(shì)組織)等。
就目前(qián)所作(zuò)的工作來看(kàn),雜(zá)波水平高的鈦合(hé)金顯微組織,多表現為有完整明顯的原始β晶界和平直細長的魏氏α組織(未變形的典型魏氏組織),或(huò)顯現有多且大的條塊狀α相,這(zhè)類組織在機械性能上表現為強度指標下降。此外,某些鑄造組織殘(cán)留也可能造成雜波水平較高。但就一(yī)般的過熱魏氏組織,如(rú)果其原始β 晶界及晶內相組織取向較紊亂無規(guī)則(zé)時,盡管(guǎn)這樣的組織是不好的,甚至從顯微組(zǔ)織評定是不合格的,其雜波(bō)水平卻不一定偏高,說明雜波水平的評定目(mù)前還存在較大的局限性。
在底波損失(shī)的評定中,某(mǒu)些魏氏組織對超聲脈(mò)衝(chōng)的高(gāo)頻分量有較明顯的衰減(如並列(liè)α組織),這在頻譜儀上(shàng)較易觀察到(北京航空材料研(yán)究所錢鑫源等(děng)),但對工(gōng)業(yè)生產上的大批量檢查如(rú)何使用普通超聲探傷儀,選用***佳響應頻率的探頭進行檢測上存在一定(dìng)的實際困難。
應當說明的是,目(mù)前對鈦合金內部偏析也尚無可靠有效的超聲檢測方法(fǎ)。
總之,如何利用超聲波對各種不同顯微組(zǔ)織的(de)響應達到控製鈦(tài)合金的性(xìng)能質(zhì)量,是目前需要深入研究的課題(tí)(例如采用更高的、甚至上百兆赫的頻率(lǜ),以及使用電子計算機進行信息處理等(děng))。盡(jìn)管如此(cǐ),在目前鈦合金鍛件及材料的超聲探傷中,雜波水平與底波損失的(de)評定仍然是兩(liǎng)項(xiàng)很有價值的指標。
3.鈦合金材料的超聲探傷(shāng)中,有時由於單個大(dà)晶(jīng)粒或者局部(bù)的組(zǔ)織不均勻造成的(de)組織反射(shè)會以單個反射信號的形式出(chū)現,容易和真正的冶金缺陷(如高密度夾雜物、裂紋、孔(kǒng)洞等(děng))的反射信號相混淆,通過試驗分析認為,這(zhè)種反射信號可能是由於(yú)超聲反射波的相位疊加(jiā)所致。在(zài)這種情況下,采用小直徑探頭或聚焦探頭(縮小(xiǎo)波束直(zhí)徑),提高(gāo)超聲頻率,以相同的探測靈敏(mǐn)度(平底孔直徑相同的試塊)重新評定時,會(huì)發現其反射信號(hào)幅度明顯下降,有(yǒu)時甚至消失,而真正的冶金缺陷的(de)反射信號(hào)在這種情況下不會有明(míng)顯變化。這種方法可以鑒別(bié)鈦合金中真正的冶金缺陷(xiàn)與(yǔ)組織反射。
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當然,在鈦(tài)合金的超聲探傷中,也和其(qí)他材料的超聲探傷一樣,企圖僅以A型顯示的反射脈衝信號判斷缺陷的性質顯然(rán)是不可能的,必須結合具體探傷對象的材料成分特點、冶(yě)煉及鍛造(zào)加工工藝,以及輔以其(qí)他無損檢測手段(如X射線照相、滲(shèn)透(tòu)、超聲C掃描等等),加上探傷人員自身的經驗水平(píng)等(děng)進行綜合分析(xī)判斷,必要時還要進行解剖驗證(包括宏(hóng)觀、高倍,甚至電子顯微鏡、電子探針等(děng)手(shǒu)段)。因此,目前在鈦合金鍛(duàn)件及原材料超聲探傷中,其質量驗收標準基(jī)本上仍以回波信號的參數為依據。
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