鈦合金鑄件骨架試樣1件，鑄件處理流程為：熱等靜壓→無損檢測(cè)→補(bǔ)焊→熱處理→終檢測(cè)，后續(xù)加工過程中發(fā)現(xiàn)裂紋，要求對(duì)裂紋產(chǎn)生原因進(jìn)行分析。
一、理化檢驗(yàn)
鑄件裂紋宏觀形貌如圖1a所示。裂紋附近外表面金屬光澤明顯，裂紋不能閉合，中間部位有較大縫隙。肉眼觀察斷口未發(fā)現(xiàn)明顯自由面，將斷口置于三維視頻顯微鏡下觀察，一側(cè)斷口發(fā)現(xiàn)一處光亮區(qū)域，形貌如圖1b、圖1c所示。
圖1 送檢試樣宏觀形貌
將斷口置于掃描電鏡下進(jìn)行觀察。斷口部分區(qū)域存在類似自由面的特征，其他區(qū)域均表現(xiàn)為韌窩特征，形貌如圖2所示。對(duì)類似自由面區(qū)域以及韌窩區(qū)域分別進(jìn)行能譜分析，主體元素含量基本一致，均未發(fā)現(xiàn)氧元素存在，能譜分析結(jié)果見表1。
圖2 掃描電鏡斷口形貌
表1 能譜分析結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）
將斷口試樣從中間對(duì)半剖開進(jìn)行金相分析，如圖3所示。觀察發(fā)現(xiàn)，右側(cè)斷口上部存在焊縫區(qū)域，下部有柱狀晶特征，左右兩側(cè)斷口上部及下部均存在一定的熱影響區(qū)，缺陷附近存在明顯焊接特征。
圖3 斷口剖面低倍形貌
金相組織觀察結(jié)果如下：基體為魏氏組織；熱影響區(qū)為針狀α+晶間β+部分殘留的晶界α；焊縫為針狀α+晶間β+極少量殘留的晶界α，金相組織形貌如圖4所示。
圖4 金相組織
二、分析與討論
縮孔和縮松是鈦合金鑄造過程中常見的缺陷類型，鈦合金縮松缺陷可以通過熱等靜壓處理來消除，但大尺寸的海綿狀縮松經(jīng)熱等靜壓處理后，在鑄件表面常出現(xiàn)壓陷，通常需要補(bǔ)焊修正。與其他金屬鑄造縮孔相比，鈦合金鑄造縮孔表面不氧化，仍呈金屬光澤。宏觀金相證明，在鑄造完成后對(duì)彈翼骨架裂紋附近進(jìn)行了補(bǔ)焊，但補(bǔ)焊過程中未將原始缺陷完全挖除。掃描電鏡觀察，斷面整體表現(xiàn)為韌窩斷裂特征，僅在個(gè)別區(qū)域發(fā)現(xiàn)有類似自由面特征，該區(qū)域肉眼觀察斷口時(shí)存在不能閉合的間隙，此處應(yīng)為鑄造產(chǎn)生的原始縮孔缺陷；鑄件基體為粗大的晶粒和粗大過熱的魏氏組織，這種組織決定了鑄件存在較大的內(nèi)應(yīng)力，原始缺陷處應(yīng)力也容易集中，同時(shí)鑄件本身的塑性較低，容易導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生進(jìn)一步開裂。
三、結(jié)束語
鈦合金骨架開裂原因?yàn)榇嬖谠艰T造縮孔缺陷，補(bǔ)焊過程中未將缺陷完全挖除，造成應(yīng)力集中，后續(xù)加工時(shí)在焊接應(yīng)力、加工應(yīng)力共同作用下導(dǎo)致開裂，開裂方向?yàn)橛扇毕萏幭蛲鈹U(kuò)展。
作者：潘恒沛，徐魁龍，李志浩等
單位：洛陽船舶材料研究所
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