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1、钛合金锻件的超声波探伤钛合金比重小（约4.5）、熔点高（1600C左右）、塑性好，具有比强度高、耐蚀性 强，能在高温下长期工作（目前热强钛合金已用于500C ）等优点，因而已经越来 越多地用作飞机和飞机发动机的重要承载部件，除了钛合金材料的锻件外，还有铸 件、板材（如飞机蒙皮）、紧固件等等。现代国外飞机上采用钛合金的重量比已经 达到30%左右，可见钛合金在航空工业上的应用有着广阔的前途。当然，钛合金也 存在如下缺点：例如变形抗力大、导热性差、缺口敏感性较大（1.5左右）、显微组 织的变化对机械性能影响较显著等，从而导致在冶炼、锻造加工和热处理时的复杂 性。因此，采用无损检测技术以保证钛合金制品
2、的冶金和加工质量，就是一个很重 要的课题。钛合金锻件中容易出现的缺陷一. 偏析型缺陷除了。偏析、。斑、富钛偏析及条状a偏析外，最危险的是间隙型a稳定偏析（I 型a偏析），其周围常伴有细小的孔洞、裂纹，含有氧、氮等气体，脆性较大。还 有富铝型a稳定偏析（II型a偏析），也因伴有裂纹并有脆性而构成危险性缺陷。二夹杂物多是高熔点、高密度的金属夹杂物。由钛合金成分中高熔点、高密度元素未充分熔 化留在基体中形成（例如钼夹杂），也有混在冶炼原材料（特别是回收材料）中的 硬质合金刀具崩屑或不适当的电极焊接工艺（钛合金的冶炼一般采用真空自耗电极 重熔法），例如钨极电弧焊，留下的高密度夹杂物，如钨夹杂，此外还有
3、钛化物夹 杂等。夹杂物的存在容易导致裂纹的发生与扩展，因此是不允许存在的缺陷（例如苏联1977年的资料中规定，钛合金X射线照相检查时发现直径0.30.5mm的高密度夹 杂物就必须予以记录）。三. 残余缩孔见实例。四. 孔洞孔洞不一定单个存在，也可能呈多个密集存在，会使低周疲劳裂纹扩展速度加快， 造成提前疲劳破坏。五. 裂纹主要指锻造裂纹。钛合金的粘性大，流动性差，加上导热性不好，因而在锻造变形 过程中，由于表面摩擦力大，内部变形不均匀性明显以及内外温差大等，容易在锻 件内部产生剪切带（应变线），严重时即导致开裂，其取向一般沿最大变形应力方 向。六. 过热钛合金的导热性较差，在热加工过程中除了加
4、热不当造成锻件或原材料过热外，在 锻造过程中还容易因为变形时的热效应造成过热，引起显微组织变化，产生过热魏 氏组织。钛合金锻件超声探伤的几个问题除了一般锻件超声探伤方法中应当注意的问题外，钛合金锻件的超声探伤还有以下 几个需要注意的问题。一. 原材料的冶金质量前面第二部分所述的缺陷大部分是在原材料上就存在的，结合考虑我国钛工业生产 的实际情况（原材料、工艺等），加上钛合金价格昂贵，加工困难，并且锻件的形 状一般都比较复杂，使得锻件的超声探伤存在一定的困难（例如死角、盲区、探测 方向不利等），为了将质量隐患尽早阻绝在初始阶段，应该严格把好原材料的冶金 质量关，其超声验收标准应该从严要求，其方法也
5、应该更为详细。例如，对钛合金圆棒，除了按一般周面360的径向入射纵波探伤外，还应作周面360 的弦向横波探伤（折射角一般为45），以保证发现直探头无法发现的表面和近表面 缺陷（例如径向裂纹）。对于钛合金方坯、饼坯、环坯等除了作垂直入射的纵波探 伤外，考虑到可能存在沿锻造变形应变线产生的裂纹（在横截面上多为近似45取 向）及某些倾斜取向的缺陷，还应作折射角45的径向横波探伤（国外有些标准还 要求作水中5入射纵波检查和折射角60的径向、弦向横波检查，如英国的RPS705 和美国的DPS4.713）。由于钛合金探伤灵敏度要求较高，故纵波探伤宜用5MHz，横波探伤用2.5MHz（两 者在同一材料中波长
6、相当）的频率。在评定、鉴别缺陷时，有时还要使用更高的频 率（如苏联资料建议使用20MHz的频率）。二. 选择合适的检测方法为了确保钛合金锻件的质量，除了严格控制原材料质量外，还必须防止在后续热加 工过程中出现缺陷，应该重视锻件的毛坯及半成品的超声探伤，以及成品阶段的X 射线探伤、荧光渗透探伤和阳极化腐蚀等检查手段，其方法的选用原则上与一般锻 件基本相同。三. 需要评定的几个参数1. 钛合金锻坯与锻件的超声波验收标准很严格，要求评定的参数也较多，目前国外 航空钛合金锻件超声波探伤的验收标准如表1。表1国外航空钛合金锻件超声波探伤验收标准（最高等级）一览表机构名称美国格鲁曼飞 机公司美国波音 飞机
7、公司美国道格拉斯 飞机公司美国宇航材料规范美国军用规范标准名称钛与钛合金的 超声质量要求超声检验锻制金属的超声检验钛合金的 超声检验锻制金属的超声检验适用范围棒材，锻坯，模锻 件，自由锻件 （厚度1英寸） 及厚度1/2英 寸的板材及中 间坯，直径2英 寸的圆形件锻坯，棒材，板材, 模锻件，自由锻 件，挤压件及机 加工零件锻件，锻坯，环形 锻件，轧坯，棒材 或板材，挤压棒 及型材，挤压或 拉制管材及其 制品横截面厚度13mm（0.5 英 寸）的钛合金制品，包括圆棒，圆 饼及平面制品 （锻坯，板材，锻件 与挤压件）横截面厚度1/4 英寸的锻制金 属及其制品：锻 坯，锻件,轧坯或 板材，挤压棒或 轧
8、棒及由其制 成的挤压或轧 制型材和零件超声验收标准：单个缺陷显示 平底孔当量直径mm生 1.2（3/64 英 寸）1.21.20.80.4*多个缺陷显示平底孔当量直径mm 0.4（1/64 英 寸）0.8（2/64 英寸）0.80.8中心指示间距mm425.4（1 英寸）425.4425.443.18（1/8 英寸）长条形缺陷显示平底孔当量直径mm 0.4（1/64 英 寸）0.80.80.4指示长度mm主2.38（6/64 英 寸）12.725.43.18杂波水平生0.4mm直径 平底孔当量 （1/64英寸）见备注不高于基准参考平底孔波高的70%底波损失%50505050备注飞机用钛合金 A
9、A级长条形缺陷的 长度确定：在大 于中0.4mm平 底孔当里的缺 陷上移动探头 至缺陷回波消 失时两端的长 度减去在同深 度的中0.8mm 平底孔试块上 以相同方法移飞机用钛合金 AA级起始灵敏度：最 大声程的 中0.8mm平底孔 波高至少为30% 荧光屏满刻度 长条形缺陷指 示长度的确定： 以试块上 中0.8mm平底孔 波高为80%满刻 度，向两端移动飞机用钛合金 AI级长条形缺陷长 度以最大缺陷 回波振幅下降 到50%满刻度的 两端点间距离 确定当与正常材料 相比的底反射 损失大于50%并 结合在材料中 的杂波有两倍飞机、发动机用 优质钛合金AA 级与正常材料相 比的底反射损 失大于50%
10、, 并 伴随有上下底 面之间任何信 号的增加（至少 两倍于正常本 底噪音信号） 时，产品拒收飞机用钛合金AAA级*原文如此机构名称英国IMI公司英国 罗-罗公司加拿大普惠 飞机公司法国Tm发动机公司标准名称IMI盘件用优质钛合金锻坯通用技术条件主轴、压气机 转子盘、涡轮盘 及有关转动件的 超声验收标准IMI679钛合金压气机盘钛合金棒材与锻 坯的超声检验标准制造I组零件 用优质TA6V自 由锻件或模锻 件的验收技术条件适用范围Ti-6Al-4V 与IMI550锻坯，直径(1冲100255mm中255305mm斯贝发动机Ti-6Al-4V 与 Ti685锻件斯贝MK202发 动机,IMI679
11、供应厂检验 要求中间阶段检 验要求用于制造盘件、 轮毂、隔套、叶 片等直径或厚度 在0.5英寸以上 的圆形、方形或 矩形锻坯 直径或厚度： (1)0.54 英寸 (12.7101.6mm) 49英寸 (101.9228.6mm)Ti-6Al-4V 直 径100250mm的半成品及由 其加工的锻件 棒材直径 100250mm (2)模锻件超声验收标准：单个缺陷显示平底孔当量直径mm(1) 生 1.2(2) 生 1.6O1.27-12dB(0.05 英寸-12dB)(1) O1.27(2) O1.27-12dB(1) 生 0.8(2) 1.2(1) 1.2(2) 0.5多个缺陷显示平底孔当量直径m
12、mO1.27-12dB(1) 饥.27(2) O1.27-18dB(1) O1.27-6dB(2) O1.27-18dB不应有明显较高 的杂波显示底波损失%备注发动机用钛合 金坯料发动机用钛合金锻 件缺陷显示总数不得多于10个（单件）发动机用钛合金 坯料与锻件，缺 陷显示总数不得 多于10个（单件）发动机用钛合金 锻坯发动机用钛合 金由表1可见，要达到这样高的验收标准，不仅对探伤人员的技术水平有较高要求，而且还要有性能良好的超声探伤仪及探头，如灵敏度要高，信噪比和动态范围要大， 线性要好，电噪声电平要低，分辨率要高等等。2. 钛合金锻件的显微组织变化对其机械性能有较显著的影响，对超声探伤中的杂
13、波 水平及底波损失的评定起到检查钛合金组织均匀性的作用，应予以充分的重视。超声波在晶界及晶内相组织上的散射可能在荧光屏上以杂波显示，也可能表现为声 能衰减引起底波高度的降低（底波损失），这两者与显微组织有一定的对应关系。根据这两项参数的评定，已经发现过粗晶、并列a组织（能造成低周循环疲劳性能 下降的魏氏组织）等。就目前所作的工作来看，杂波水平高的钛合金显微组织，多表现为有完整明显的原 始P晶界和平直细长的魏氏a组织（未变形的典型魏氏组织），或显现有多且大的 条块状a相，这类组织在机械性能上表现为强度指标下降。此外，某些铸造组织残 留也可能造成杂波水平较高。但就一般的过热魏氏组织，如果其原始。晶界及晶内 相组织取向较紊乱无规则时，尽管这样的组织是不好的，甚至从显微组织评定是不 合格的，其杂波水平却不一定偏高，说明杂波水平的评定目前还存在较大的局限性。在底波损失的评定中，某些魏氏组织对超声脉冲的高频分量有较明显的衰减（如并 列a组织），这在频谱仪上较易观察到（北京航空材料研究所钱鑫源等），但对工业 生产上的大批量检查如何使用普通超声探伤仪，选用最佳响应频率的探头进行检测 上存在一定的实际困难。应当说明的是，目前对钛合金内部偏析也尚无可靠有效的超声检测方法。总之，如何利用超声波对各种不同显微组织的
