鈦鍛件比重?。s4.5）、熔點(diǎn)高（1600℃左右）、塑性好，具有比強(qiáng)度高、耐蝕性強(qiáng)，能在高溫下長(zhǎng)期工作（目前熱強(qiáng)鈦合金已用于500℃）等優(yōu)點(diǎn)，因而已經(jīng)越來(lái)越多地用作飛機(jī)和飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的重要承載部件，除了鈦合金材料的鈦鍛件外，還有鈦鑄件、鈦板材（如飛機(jī)蒙皮）、鈦緊固件等等。現(xiàn)代國(guó)外飛機(jī)上采用鈦合金的重量比已經(jīng)達(dá)到30%左右，可見(jiàn)鈦合金在航空工業(yè)上的應(yīng)用有著廣闊的前途。當(dāng)然，鈦合金也存在如下缺點(diǎn)：例如變形抗力大、導(dǎo)熱性差、缺口敏感性較大 （1.5左右）、顯微組織的變化對(duì)機(jī)械性能影響較顯著等，從而導(dǎo)致在冶煉、鍛造加工和熱處理時(shí)的復(fù)雜性。因此，采用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)以保證鈦合金制品的冶金和加工質(zhì)量，就是一個(gè)很重要的課題。

　　鈦鍛件中容易出現(xiàn)的缺陷

　　一、鈦鍛件偏析型缺陷

　　除了β偏析、β斑、富鈦偏析及條狀α偏析外，最危險(xiǎn)的是間隙型α穩(wěn)定偏析（I型α偏析），其周圍常伴有細(xì)小的孔洞、裂紋，含有氧、氮等氣體，脆性較大。還有富鋁型α穩(wěn)定偏析（II型α偏析），也因伴有裂紋并有脆性而構(gòu)成危險(xiǎn)性缺陷。

　　二.鈦鍛件夾雜物

　　多是高熔點(diǎn)、高密度的金屬夾雜物。由鈦合金成分中高熔點(diǎn)、高密度元素未充分熔化留在基體中形成（例如鉬夾雜），也有混在冶煉原材料（特別是回收材料）中的硬質(zhì)合金刀具崩屑或不適當(dāng)?shù)碾姌O焊接工藝（鈦合金的冶煉一般采用真空自耗電極重熔法），例如鎢極電弧焊，留下的高密度夾雜物，如鎢夾雜，此外還有鈦化物夾雜等。

　　夾雜物的存在容易導(dǎo)致裂紋的發(fā)生與擴(kuò)展，因此是不允許存在的缺陷（例如蘇聯(lián)1977年的資料中規(guī)定，鈦合金X射線照相檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)直徑0.3~0.5mm的高密度夾雜物就必須予以記錄）。

　　三.鈦鍛件殘余縮孔

　　見(jiàn)實(shí)例。

　　四.鈦鍛件孔洞

　　孔洞不一定單個(gè)存在，也可能呈多個(gè)密集存在，會(huì)使低周疲勞裂紋擴(kuò)展速度加快，造成提前疲勞破壞。

　　五.鈦鍛件裂紋

　　主要指鍛造裂紋。鈦鍛件的粘性大，流動(dòng)性差，加上導(dǎo)熱性不好，因而在鈦鍛件鍛造變形過(guò)程中，由于表面摩擦力大，內(nèi)部變形不均勻性明顯以及內(nèi)外溫差大等，容易在鈦鍛件內(nèi)部產(chǎn)生剪切帶（應(yīng)變線），嚴(yán)重時(shí)即導(dǎo)致開(kāi)裂，其取向一般沿最大變形應(yīng)力方向。

　　六.鈦鍛件過(guò)熱

　　鈦鍛件的導(dǎo)熱性較差，在熱加工過(guò)程中除了加熱不當(dāng)造成鈦鍛件或原材料過(guò)熱外，在鈦鍛造過(guò)程中還容易因?yàn)樽冃螘r(shí)的熱效應(yīng)造成過(guò)熱，引起顯微組織變化，產(chǎn)生過(guò)熱魏氏組織。

　　鈦鍛件超聲探傷的幾個(gè)問(wèn)題

　　除了一般鈦鍛件超聲探傷方法中應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題外，鈦鍛件的超聲探傷還有以下幾個(gè)需要注意的問(wèn)題。

一. 原材料的冶金質(zhì)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，結(jié)合考慮我國(guó)鈦工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況（原材料、工藝等），加上鈦合金價(jià)格昂貴，加工困難，并且鈦鍛件的形狀一般都比較復(fù)雜，使得鈦鍛件的超聲探傷存在一定的困難（例如死角、盲區(qū)、探測(cè)方向不利等），為了將質(zhì)量隱患盡早阻絕在初始階段，應(yīng)該嚴(yán)格把好原材料的冶金質(zhì)量關(guān)，其超聲驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該從嚴(yán)要求，其方法也應(yīng)該更為詳細(xì)。

　　例如，對(duì)鈦合金棒，除了按一般周面360°的徑向入射縱波探傷外，還應(yīng)作周面360°的弦向橫波探傷（折射角一般為45°），以保證發(fā)現(xiàn)直探頭無(wú)法發(fā)現(xiàn)的表面和近表面缺陷（例如徑向裂紋）。對(duì)于鈦合金方坯、鈦餅坯、鈦環(huán)坯等除了作垂直入射的縱波探傷外，考慮到可能存在沿鍛造變形應(yīng)變線產(chǎn)生的裂紋（在橫截面上多為近似45°取向）及某些傾斜取向的缺陷，還應(yīng)作折射角45°的徑向橫波探傷（國(guó)外有些標(biāo)準(zhǔn)還要求作水中5°入射縱波檢查和折射角60°的徑向、弦向橫波檢查，如英國(guó)的RPS705和美國(guó)的DPS4.713）。

　　由于鈦鍛件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(zhǎng)相當(dāng)）的頻率。在評(píng)定、鑒別缺陷時(shí)，有時(shí)還要使用更高的頻率（如蘇聯(lián)資料建議使用20MHz的頻率）。

二. 選擇合適的檢測(cè)方法

　　為了確保鈦合金鍛件的質(zhì)量，除了嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量外，還必須防止在后續(xù)熱加工過(guò)程中出現(xiàn)缺陷，應(yīng)該重視鈦鍛件的毛坯及半成品的超聲探傷，以及成品階段的X射線探傷、熒光滲透探傷和陽(yáng)極化腐蝕等檢查手段，其方法的選用原則上與一般鈦鍛件基本相同。

　　2. 鈦鍛件的顯微組織變化對(duì)其機(jī)械性能有較顯著的影響，對(duì)超聲探傷中的雜波水平及底波損失的評(píng)定起到檢查鈦鍛件組織均勻性的作用，應(yīng)予以充分的重視。

　　超聲波在晶界及晶內(nèi)相組織上的散射可能在熒光屏上以雜波顯示，也可能表現(xiàn)為聲能衰減引起底波高度的降低（底波損失），這兩者與顯微組織有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)這兩項(xiàng)參數(shù)的評(píng)定，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)過(guò)粗晶、并列α組織（能造成低周循環(huán)疲勞性能下降的魏氏組織）等。

　　就目前所作的工作來(lái)看，雜波水平高的鈦合金顯微組織，多表現(xiàn)為有完整明顯的原始β晶界和平直細(xì)長(zhǎng)的魏氏α組織（未變形的典型魏氏組織），或顯現(xiàn)有多且大的條塊狀α相，這類組織在機(jī)械性能上表現(xiàn)為強(qiáng)度指標(biāo)下降。此外，某些鑄造組織殘留也可能造成雜波水平較高。但就一般的過(guò)熱魏氏組織，如果其原始β 晶界及晶內(nèi)相組織取向較紊亂無(wú)規(guī)則時(shí)，盡管這樣的組織是不好的，甚至從顯微組織評(píng)定是不合格的，其雜波水平卻不一定偏高，說(shuō)明雜波水平的評(píng)定目前還存在較大的局限性。

　　在底波損失的評(píng)定中，某些魏氏組織對(duì)超聲脈沖的高頻分量有較明顯的衰減（如并列α組織），這在頻譜儀上較易觀察到（北京航空材料研究所錢(qián)鑫源等），但對(duì)工業(yè)生產(chǎn)上的大批量檢查如何使用普通超聲探傷儀，選用最佳響應(yīng)頻率的探頭進(jìn)行檢測(cè)上存在一定的實(shí)際困難。

　　應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，目前對(duì)鈦合金內(nèi)部偏析也尚無(wú)可靠有效的超聲檢測(cè)方法。

　　總之，如何利用超聲波對(duì)各種不同顯微組織的響應(yīng)達(dá)到控制鈦合金的性能質(zhì)量，是目前需要深入研究的課題（例如采用更高的、甚至上百兆赫的頻率，以及使用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理等）。盡管如此，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評(píng)定仍然是兩項(xiàng)很有價(jià)值的指標(biāo)。

　　 3.鈦鍛件材料的超聲探傷中，有時(shí)由于單個(gè)大晶?；蛘呔植康慕M織不均勻造成的組織反射會(huì)以單個(gè)反射信號(hào)的形式出現(xiàn)，容易和真正的冶金缺陷（如高密度夾雜物、裂紋、孔洞等）的反射信號(hào)相混淆，通過(guò)試驗(yàn)分析認(rèn)為，這種反射信號(hào)可能是由于超聲反射波的相位疊加所致。在這種情況下，采用小直徑探頭或聚焦探頭（縮小波束直徑），提高超聲頻率，以相同的探測(cè)靈敏度（平底孔直徑相同的試塊）重新評(píng)定時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)其反射信號(hào)幅度明顯下降，有時(shí)甚至消失，而真正的冶金缺陷的反射信號(hào)在這種情況下不會(huì)有明顯變化。這種方法可以鑒別鈦鍛件中真正的冶金缺陷與組織反射。

　　當(dāng)然，在鈦鍛件的超聲探傷中，也和其他材料的超聲探傷一樣，企圖僅以A型顯示的反射脈沖信號(hào)判斷缺陷的性質(zhì)顯然是不可能的，必須結(jié)合具體探傷對(duì)象的材料成分特點(diǎn)、冶煉及鍛造加工工藝，以及輔以其他無(wú)損檢測(cè)手段（如X射線照相、滲透、超聲C掃描等等），加上探傷人員自身的經(jīng)驗(yàn)水平等進(jìn)行綜合分析判斷，必要時(shí)還要進(jìn)行解剖驗(yàn)證（包括宏觀、高倍，甚至電子顯微鏡、電子探針等手段）。因此，目前在鈦合金鍛件及原材料超聲探傷中，其質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)基本上仍以回波信號(hào)的參數(shù)為依據(jù)。

　　鈦鍛件與材料的缺陷實(shí)例

一. Φ70mm鈦合金鍛棒中的殘余縮孔

　　縱波（上為縱波波形照片）與橫波（下為橫波波形照片）均能發(fā)現(xiàn)，縱波探測(cè)時(shí)表現(xiàn)為強(qiáng)烈的缺陷回波并造成底波降低（面積型缺陷，可大致判斷為徑向走向），橫波探測(cè)時(shí)表現(xiàn)為清晰強(qiáng)烈的缺陷回波（裂紋狀缺陷）。右圖為橫向低倍照片（1x）。

　　二. 鈦合金餅坯中的鉬夾雜（高密度夾雜物）

　　這是冶煉時(shí)作為鋁鉬中間合金中的鉬未完全熔解而留在基體內(nèi)形成，可用縱波探測(cè)到，無(wú)論改變超聲頻率及超聲波束直徑都能很好地發(fā)現(xiàn)，并且在兩面探測(cè)時(shí)位置對(duì)應(yīng)良好。解剖后驗(yàn)證為鉬夾雜。在橫向低倍上多呈"眼睛"狀，在餅坯中的取向多與端面平行，但也有的會(huì)取向傾斜，在餅坯上不易發(fā)現(xiàn)，待模鍛成盤(pán)形件后因變形力使其取向改變到與端面平行時(shí)才易于發(fā)現(xiàn)。左圖為橫向低倍照片（2x），右圖為按超聲束投射方向拍攝的X射線照片（外圈為鉛絲，中間的白點(diǎn)即為高密度夾雜物-鉬夾雜）

　　a） 鈦環(huán)坯上的45°裂紋 橫向低倍 x1/2 b）左邊環(huán)坯裂紋高倍 100x

　　c）鈦餅坯上的45°裂紋橫向低倍 x1/2 d）餅坯上的端角45°裂紋帶到模鍛盤(pán)上加工至半成品時(shí)暴露 1x

　　e）鈦鍛制板狀件上的十字裂紋 x1/2

　　三.鈦合金餅（環(huán)）坯中的45°裂紋及鍛制板狀件上的十字裂紋

　　這類裂紋是由鍛造引起的，特別是從鈦錠開(kāi)坯鍛制鈦餅（鈦環(huán)）坯時(shí)，往往因終端溫度過(guò)低、錘擊力過(guò)大等而沿最大變形應(yīng)力方向開(kāi)裂。這種裂紋大多在開(kāi)口處彌合較緊，或者整條裂紋上的開(kāi)隙度很不均勻，局部彌合很緊，經(jīng)鈦鍛造后機(jī)械加工至半成品時(shí)，如果表面恰好在彌合較緊的部位處，則用腐蝕或滲透法有時(shí)未必能發(fā)現(xiàn)，但其內(nèi)部開(kāi)裂又較大，甚至出現(xiàn)孔洞（如照片b））。采用45°折射橫波是很容易探測(cè)到并可以判斷的。

　　三. Φ70mm鈦合金軋棒上的徑向表面裂紋

　　這類裂紋也屬于鍛造或軋制加工中形成的裂紋，可以用腐蝕或滲透法發(fā)現(xiàn)，采用45°折射橫波作周面弦向掃查是很容易探測(cè)到的，而用一般的縱波周面徑向入射探測(cè)是發(fā)現(xiàn)不了的。

　　四. a）橫向低倍x1/2 b）表面裂紋著色滲透顯示x1

　　a）橫向低倍x1/3 b）縱向低倍x1/2

　　c）中心粗晶處橫向高倍x500

　　五.Φ125mm鈦合金鍛棒的中心粗晶：用5P14直探頭周面徑向探測(cè)，中心部位的雜波水平（同聲程比較）達(dá)到Φ1.2mm-6dB。

　　a）橫向低倍x1 b）縱向低倍x1 c）中心粗晶處高倍 x250（有條塊狀α）

　　六.Φ70mm鈦合金軋棒中的粗晶

　　用5P14直探頭周面徑向探測(cè)，中心部位的雜波水平（同聲程比較）達(dá)到Φ0.8mm平底孔當(dāng)量，而正常試件上的雜波水平在Φ0.8mm-10~12dB左右。