鈦棒、鈦合金棒等鈦合金材料鍛造缺陷產(chǎn)生的原因分析

鈦棒及鈦合金是20世紀50年代興起的一種重要金屬結(jié)構(gòu)材料，其中TC4合金是國內(nèi)外應(yīng)用廣泛的a+盧型鈦合金，由于它具有比強度高、耐腐蝕性好和綜合性能優(yōu)越等特點，在航空航天、化工機械、醫(yī)藥工程等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。鈦棒廠家TC4合金常見的缺陷有合金元素的偏析和夾雜物、鑄造組織的殘留、脆化層、氫脆以及脆性和鍛造裂紋等。

某單位在對TC4鈦合金棒料加工的產(chǎn)品進行機加工時發(fā)現(xiàn)在其表面上有一處4.3mmX0.68mm左右的裂紋，為分析該缺陷產(chǎn)生的原因，避免類似缺陷的發(fā)生，采用各種理化檢驗手段對該TC4鈦合金產(chǎn)品進行了分析。

TC4棒改鍛環(huán)件工藝是在950°C兩火次加熱，鍛造成餅材，餅材擴口成環(huán)材，其缺陷的產(chǎn)生有可能是因為改鍛工藝不當造成開裂，也有可能是棒材本身存在著冶金缺陷如夾雜、偏析、氣孔等，而在隨后的改鍛過程中由冶金缺陷造成開裂。

通過理論計算，得出此套電腦橫機天橋?qū)Ｓ脢A具的設(shè)計是完全符合理論設(shè)計要求的。于是筆者制造出了此套夾具的實物，并將其安裝到Vcentei-70高精度數(shù)控加工中心的工作臺上進行實際加工驗證。然后將加工出來的橫機天橋零件成品放到三坐標測量機中進行精確的精度測量，得出其兩夾角的角度誤差在0.2°～0.6°范圍內(nèi)，符合技術(shù)要求。由于這套夾具可以非常方便快速地實現(xiàn)天橋零件的加工定位，而不需要再通過其他方式找正，因此適合天橋零件的大批量生產(chǎn)。

綜合缺陷的左、右特征可以判斷此缺陷是由于氧化的海綿鈦在熔煉過程中形成的，海綿鈦微弱氧化熔化后形成低密度偏析缺陷區(qū)，海綿鈦嚴重氧化熔化后形成富氧的夾雜，此缺陷是冶金缺陷。缺陷區(qū)富氧含碳和少量氮會使此區(qū)域硬度增高和變脆，有時還會形成脆性相T^Al，在熱鍛造過程中，此區(qū)域變形能力和變形協(xié)調(diào)能力都很差，熔煉形成的粗大的片狀a和亮塊很難破碎，組織易表現(xiàn)為粗大，也易產(chǎn)生裂紋，是對材料危害比較大的缺陷。

根據(jù)熔煉工藝，此類缺陷容易在鑄錠的底部出現(xiàn)，熔化起弧時，起弧電流不穩(wěn)定容易使底部鋪撒的海綿鈦氧化和熔化的不充分，形成夾雜和偏析區(qū)，探傷時不易發(fā)現(xiàn)。為了防止此缺陷給產(chǎn)品帶來的危害，鑄錠的底部應(yīng)鋸切掉名義直徑6%～8%的長度。