Ti4322偏析缺陷的分析

宝钛集团实验中心  郭强  721014

摘  要：Ti4322是我国新引进的一种钛合金，其偏析缺陷分析国内还没有报道。本文针对发现的Ti4322材料的偏析缺陷进行了分析。

关键词：Ti4322；偏析； 缺陷分析

1  引言 

对一批Ti4322材料进行横截面宏观金相组织检查时发现两组试样表面有呈蝴蝶斑状分布的亮点及长条状亮斑等缺陷，为了解这些缺陷产生的原因，我们对其进行了金相、硬度及能谱等各种分析。

2　材料  

Ti4322是一种β钛合金，该合金具有超高塑性，可以采用超塑成型的方法制成诸如航空件、汽车零件、高尔夫球头等，具有很高的市场开发价值。其名义化学成份为Ti-4.5AL-3V-2Fe-2Mo，此批材料为二次真空自耗炉冶炼,其化学成份为Al：4.8％、V：2.9％、Mo：2.08％、Fe：2.0％，其力学性能为R_m：1040 MPa、R_p0.2：975MP_a、A₅：20％、Z：51％。

3  理化检验方法

3.1 宏观检验

对两组试样进行宏观低倍检察，其宏观照片如下：

                       图1  1#试样                                     图2   2#试样

1#试样横截面有很多小亮点呈蝴蝶斑状分布，2#试样横截面靠近边部有一较基体颜色亮的条状亮斑。对两试样经砂纸抛光然后用酸浸蚀后，其现象依然存在，初步判断其现象为偏析缺陷。

3.2 显微组织检验

3.2.1 对1#试样用金相显微镜进行观察，其组织形貌如图3～图4。发现其亮点处组织中α相较基体区少，判断其为β斑。

        图3  500×  1#试样缺陷区                       图4 500×  1#试样基体区

3.2.2对2#试样缺陷区、基体区进行显微组织观察，其形貌如图5～图6。从图5可以看出缺陷区与基体区的显微组织基本相同，但缺陷区的α相较多。

        图5  500×  2#试样缺陷区                       图6 500× 2#试样基体区

3.3 维氏硬度测试

3.3.1对1#试样进行维氏硬度分析，其结果见表1：

表1

3.3.2对2#试样进行维氏硬度分析，其结果见表2：

表2

从以上数据可以看出1#试样其缺陷区硬度大于基体区，而2#试样其缺陷区硬度小于基体区，说明两者的偏析机理不尽相同。

3.4能谱成份分析

3.4.1对1#试样的缺陷区和基体区分别进行能谱成份分析，其结果见图7～图8。

图7  1#试样的缺陷区成份与显微组织 500×

图8  1#试样的基体区成份与显微组织 500×

3.4.2对2#试样的缺陷区和基体区分别进行能谱成份分析，其结果见图9～图10。

图9   2#试样的缺陷区成份与显微组织 500×

图10   2#试样的基体区成份与显微组织 500×

4  分析讨论

4.1通过以上理化检验可以看出1#试样的基体区显微组织为α-β两相区加工组织，其成份、力学性能符合Ti4322的规范要求。而缺陷区显微组织内初生α相明显少于基体区，组织为片状α和少量的晶界α，表明该区域已经是相变点以上的β显微组织，说明其偏析为β偏析。根据其缺陷区Fe成份较多，分析其产生机理是因为该合金以纯Fe作为合金添加剂，在真空电弧熔炼时，由于局部的凝固和宽的冷却速率范围，使铸锭化学成份不均匀，Fe元素作为一种β型稳定元素在局部增多，使局部区域的M_s点下降，将β相保留下来造成β偏析，在后期锻造中就出现了β斑。

4.2通过以上理化检验可以看出2#试样缺陷区与基体区的显微组织基本相同，但缺陷区的α相较多。缺陷区硬度小于基体区，亮条处Ti含量较基体区多，其它合金元素成份较少，得出其偏析为富钛偏析，这是由于成份不均造成的。

5  结论

此批Ti4322材料的偏析主要表现为β偏析和富钛偏析。防止铸锭产生β偏析和富钛偏析可采用中间合金作为Fe的添加剂，及合理的熔炼工艺来控制。

注:本文由中国金相分析网首先发表。