Ултразвуково откриване на дефекти в изковки от титанови сплави

Титаниева сплав има малка специфична тежест (около 4,5), висока точка на топене (около 1600 ℃), добра пластичност, висока специфична якост, устойчивост на корозия, може да работи при високи температури за дълго време (настоящата титанова сплав с гореща якост се използва за 500 ℃) и други предимства, и по този начин все повече се използва като важна носеща част на самолетите и самолетните двигатели, в допълнение към изковки от титанова сплав, има отливки, плочи (като обшивката на самолетите), скрепителни елементии т.н. . Съотношението на теглото на титановата сплав, използвана в съвременните чуждестранни самолети, е достигнало около 30%, което показва, че приложението на титановата сплав в авиационната индустрия има широко бъдеще. Разбира се, титановите сплави имат и следните недостатъци: например висока устойчивост на деформации, лоша топлопроводимост, голяма чувствителност към врязване (около 1,5), промени в микроструктурата на механичните свойства на по-значително въздействие, което води до сложност на топенето, коването обработката и термичната обработка. Поради това използването на безразрушително изпитване технология за гарантиране на металургичните и качество на обработка на изковки от титанова сплав е много важна тема.

Дефекти, които лесно се появяват в изковките от титанова сплав

1). Дефекти от наклонен тип
В допълнение към β отклонението, β петното, отклонението, богато на титан, и α отклонението на лентата, най-опасно е стабилното α отклонение от интерстициален тип (тип Ⅰ α отклонение), което често е заобиколено от малки дупки, пукнатини, съдържащи кислород, азот и други газове, крехко. Съществува и богата на алуминий алфа стабилна сегрегация (тип II алфа сегрегация), която също е придружена от пукнатини и крехкост и представлява опасен дефект.
2). Включвания
Предимно висока температура на топене, висока плътност на металните включвания. Съставът на титановата сплав с висока точка на топене, елементите с висока плътност не се разтопяват напълно в матрицата (като молибденови включвания), но също така се смесват при топенето на суровини (особено рециклирани материали) в процеса на стружкоотделяне на твърдосплавния инструмент или неправилно заваряване с електрод (при топенето на титанова сплав обикновено се използва метод за претопяване на електрод с вакуумна самоконсумация), като например волфрамово дъгово заваряване, оставяйки висока плътност на включвания, като волфрамови включвания, в допълнение към титаниеви включвания и др.
Наличието на включвания може лесно да доведе до появата и разширяването на пукнатини, така че не е позволено да съществуват дефекти (например, Съветският съюз през 1977 г., информация на Съветския съюз, рентгенова радиография на титанова сплав, открита 0,3 - 0,5 mm в диаметър на включвания с висока плътност, трябва да бъде записана).
3). Остатъчното свиване
Вижте примери.
4). Отворът
Не е задължително дупките да съществуват поединично, но също така може да има повече от едно плътно присъствие, което ще ускори разширяването на ниските периферни пукнатини от умора и ще причини ранни повреди от умора.
5). Напукване
Основно се отнася до пукнатини при коване. Вискозитетът на титановата сплав е голям, слабо подвижен, съчетан с лоша топлопроводимост, така че в процеса на коване на деформацията, поради повърхностното триене, вътрешната деформация не е равномерна и температурната разлика между вътрешната и външната страна и т.н., лесно се получава зона на срязване (линия на деформация) вътре в изковаването, което в сериозни случаи води до пукнатини, а ориентацията ѝ обикновено е по посока на максималното деформационно напрежение.
6). Прегряване
Топлинната проводимост на титановата сплав е лоша, в допълнение към неправилното нагряване в процеса на термична обработка, причинено от прегряване на изковки или суровини, в процес на коване също така е лесно да се предизвика прегряване поради термичния ефект на деформацията, което води до микроструктурни промени, водещи до прегряване на организацията Weiss.

Няколко проблема в Ултразвуково откриване на дефекти в изковки от титанови сплави

В допълнение към общия метод за ултразвуково откриване на дефекти при коване трябва да се отбележи, че в допълнение към проблемите трябва да се отбележат и следните въпроси, свързани с ултразвуковото откриване на дефекти при коване на титанови сплави.
1). Металургично качество на суровините
Повечето от дефектите, описани във втората част, са в суровините, в съчетание с отчитане на действителното положение на производството на титанова промишленост в Китай (суровини, процеси и др.), в съчетание със скъпата титанова сплав, трудностите при обработката и формата на изковки обикновено са сложни, което прави коването ултразвуково откриване на дефекти има някои трудности (като задънени улици, слепи петна, посока на откриване е неблагоприятна и т.н.), за да се блокира качеството на скритите проблеми възможно най-рано в началния За да се спрат скритите проблеми с качеството в началния етап, металургичното качество на суровините трябва да бъде строго контролирано и стандартите за ултразвуково приемане трябва да бъдат строго изисквани, а методите трябва да бъдат по-подробни.
Например, за кръгла лента от титанова сплав, в допълнение към общата обиколна 360 ° радиална поява на надлъжна вълна, трябва да се направи и обиколна 360 ° хордална напречна вълна (ъгълът на пречупване обикновено е 45 °), за да се гарантира, че откриването на права сонда не може да бъде намерено на повърхността и в близост до повърхностни дефекти (като радиални пукнатини). За заготовки от титанова сплав, заготовки за пирожки, заготовки за пръстени и т.н., в допълнение към вертикалното падане на надлъжната вълна, като се вземе предвид възможното съществуване на пукнатини по линията на деформацията на коване (в кръст-секция на приблизителната ориентация 45 °) и някои наклони ориентация на дефекта, трябва да бъде 45 ° ъгъл на пречупване на радиалната напречна вълна инспекция (някои чуждестранни стандарти също изискват 5 ° падане на надлъжна вълна инспекция и ъгъл на пречупване на 60 ° радиална, хордална напречна вълна инспекция, като британския RPS705 и американския RPS705. (като британския RPS705 и американския DPS4.713).
Поради високите изисквания за чувствителност на откриването на дефекти в титановата сплав е подходящо да се използва откриване на надлъжна вълна с честота 5 MHz, откриване на напречна вълна с честота 2,5 MHz (и двете в един и същ материал, еквивалентен на дължината на вълната). При оценката, идентифицирането на дефекти, понякога се използват и по-високи честоти (например по данни на Съветския съюз се препоръчва използването на честота 20MHz).
2). Изберете подходящ метод за откриване
За да се гарантира качеството на изковките от титанова сплав, в допълнение към строгия контрол на качеството на суровините, но също така трябва да се предотвратят дефекти в последващата термична обработка, трябва да се обърне внимание на изковките на грубото и полуготовото ултразвуково откриване на дефекти, както и на завършения етап на откриване на рентгенови дефекти, флуоресцентно проникване на дефекти и анодизирана корозия и други средства за проверка, изборът на методи по принцип и общите изковки са основно еднакви.
Промените в микроструктурата на изковките от титаниева сплав върху механичните им свойства имат по-значително въздействие върху ултразвуковото откриване на дефекти на нивото на забързване и оценката на загубата на дънна вълна играят роля при проверката на еднородността на тъканта от титаниева сплав, трябва да се обърне пълно внимание.
Ултразвуковото разсейване по границите на зърната и вътрешнокристалната фазова организация може да се покаже на флуоресцентния екран като лъжлива вълна, може да се прояви и като отслабване на акустичната енергия, причинено от намаляване на височината на долната вълна (загуба на долна вълна), като и двете имат определено съответствие с микроструктурата. Въз основа на оценката на тези два параметъра са открити груби кристали, съседна α-тъкан (Weiss-тъкан, която може да доведе до намаляване на ефективността на цикличната умора в ниската обиколка) и др.
По отношение на извършената досега работа, микроструктурата на титановите сплави с високи нива на лъжливи вълни, най-вече се проявява като пълни и очевидни оригинални β граници на зърната и плоска и удължена алфа организация на Weiss (недеформирана типична организация на Weiss), или изглежда, че има повече и големи бучки алфа фаза, този вид организация в механичните свойства на индекса на якост намалява. Освен това някои остатъци от тъканта на отливката могат да причинят и високо ниво на блуждаещи вълни. Но върху общата организация на прегрятия Вайс, ако оригиналните β граници на зърната и вътрешнокристалната организация на фазите са по-безпорядъчни и нередовни, въпреки че такава организация е лоша, дори от оценката на микроструктурата не е квалифицирана, нивото на разсейване не е непременно високо, което показва, че оценката на нивото на разсейване все още е голямо ограничение.
При оценката на загубата на дънната вълна някои организации на Weiss имат по-очевидно затихване на високочестотния компонент на ултразвуковия импулс (като например паралелна алфа организация), което е по-лесно да се наблюдава на спектрометъра (Пекински институт за аеронавигационни материали Qian Xinyuan и др.), Но има някои практически трудности в промишленото производство на високообемна проверка на това как да се използва обикновен ултразвуков детектор за дефекти, изборът на * честота на реакция на сондата за откриване.
Трябва да се отбележи, че не съществува и надежден и ефективен метод за ултразвуково откриване на вътрешни отклонения на титанови сплави.
Накратко, как да се използва ултразвуков отговор на различни микроструктури за контрол на качеството на свойствата на титановата сплав, понастоящем е предмет на задълбочени изследвания (като например използването на по-висока, дори стотици мегахерцови честоти, както и използването на електронни компютри за обработка на информация и т.н.). Независимо от това, при сегашното ултразвуково откриване на дефекти на изковки и материали от титанова сплав, оценката на нивото на лъжливите вълни и загубата на дънни вълни все още са два много ценни показателя.
При ултразвуковото откриване на дефекти на материали от титанова сплав, понякога тъканното отражение, причинено от единично голямо зърно или локална тъканна нехомогенност, се появява под формата на единичен сигнал на отражение, който лесно се бърка със сигнала на отражение на реални металургични дефекти (като включвания с висока плътност, пукнатини, дупки и т.н.), което може да се дължи на фазовото наслагване на ултразвуковите вълни на отражение чрез експериментален анализ. В този случай използването на сонда с малък диаметър или фокусираща сонда (намаляване на диаметъра на лъча), увеличаване на ултразвуковата честота до същата чувствителност на откриване (диаметър на отвора на плоското дъно на същия блок за изпитване) при повторна оценка ще се установи, че амплитудата на отразения сигнал значително намалява, а понякога дори изчезва, докато истинските металургични дефекти на отразения сигнал в този случай няма да имат значителни промени. Този метод може да идентифицира истинските металургични дефекти в титанови сплави с тъканни отражения.
Разбира се, в ултразвуковото откриване на дефекти на титановата сплав и други материали, като ултразвуково откриване на дефекти, опитите да се покаже само импулсен сигнал за отразяване от тип А, за да се определи естеството на дефекта, очевидно е невъзможно, трябва да се комбинира със специфичните характеристики на материалния състав на обекта за откриване на дефекти, процеса на топене и коване, както и да се допълни с други средства за безразрушително изпитване (като рентгенова радиография, инфилтрация, ултразвуково C-сканиране и др.), в съчетание със собствения опит на персонала за откриване на дефекти Ниво и друг цялостен анализ и преценка, ако е необходимо, анатомична проверка (включително макро, голямо увеличение и дори електронна микроскопия, електронна сонда и други средства). Ето защо понастоящем при ултразвуковото откриване на дефекти на изковки от титанова сплав и суровини критериите за приемане на качеството все още се основават основно на параметрите на ехосигнала.

Примери за дефекти на изковки и материали от титанова сплав

1. Остатъчно свиване при коване на бар от титанова сплав с диаметър Φ70 mm

Могат да бъдат открити надлъжна вълна (отгоре за снимката на надлъжната форма на вълната) и напречна вълна (отдолу за снимката на напречната форма на вълната), откриване на надлъжна вълна като силно ехо на дефект и предизвикване на намаляване на долната вълна (дефекти от типа на зоната, могат да бъдат приблизително оценени като радиална посока), откриване на напречна вълна като ясно и силно ехо на дефект (дефекти, подобни на пукнатини). На дясната фигура е показана снимка на напречната вълна с малко увеличение (1х).
2. Включенията на молибден в заготовката от титаниева сплав (включвания с висока плътност)

Това е топене като алуминий и молибден междинна сплав в молибден не е напълно разтопен и оставени в матрицата да се образува, наличен надлъжна вълна откриване, независимо от промяна на ултразвуковата честота и ултразвуков лъч диаметър може да бъде добре намерени, и местоположението съответства добре в двете страни на откриването. След разрязване беше потвърдено, че това са молибденови включвания. В напречните ниски множества повече "очи", в заготовките за торта ориентацията е по-скоро успоредна на крайната повърхност, но някои ще бъдат ориентирани наклонено, в заготовките за торта не е лесно да се открият, за да бъдат изковани в дисковидни части поради деформационните сили, за да се промени ориентацията им към успоредна на крайната повърхност, е лесно да се открият. Лявата снимка е напречна снимка с малко увеличение (2 пъти), а дясната снимка е рентгенова снимка, направена по посока на проекцията на ултразвуковия лъч (външният кръг е оловна тел, а бялата точка в средата е включвания с висока плътност - молибденови включвания)

а) 45° пукнатина върху заготовка за пръстен в напречна посока с малко увеличение x 1/2

б) Голямо увеличение 100x на пукнатината в пръстеновидната заготовка вляво

в) 45° пукнатина върху заготовката за пирог, напречна на ниските времена x 1/2

г) Пукнатина под ъгъл 45° на заготовката за пировете, която се подава към плочата за коване на матрицата, за да се обработи до полуфабрикат, изложена 1x

e) Кръстосани пукнатини върху ковашката плоча x1/2
3. Пукнатини под ъгъл 45° в заготовки от титанова сплав и напречни пукнатини върху ковани части от плочи
Тези пукнатини са причинени от коване, особено при коване на заготовки за пирог (пръстен) от титанови слитъци, често поради ниска крайна температура, прекомерна сила на удара и др., и напукване по посока на голямото деформационно напрежение zui. Повечето от тези пукнатини в отвора мострят по-плътно или цялата пукнатина на степента на разминаване е много неравномерна, локално мострят много плътно, след коване механична обработка до полуфабрикати, ако повърхността се окаже в мострящите по-плътно части, тогава корозията или методът на проникване може да не бъде открит понякога, но вътрешното му напукване и по-голямо, и дори появата на дупки (като снимка б)). Използването на 45° пречупване на напречната вълна е лесно за откриване и може да се прецени.

а) Напречно слабо увеличение x 1/2

б) Повърхностно оцветяване на пукнатини дисплей за проникване x1
4. Радиални повърхностни пукнатини върху валцувана лента от титанова сплав с диаметър Φ70 mm
Тези пукнатини също принадлежат към пукнатините, образувани в процеса на коване или валцуване, които могат да бъдат открити по метода на корозията или инфилтрацията. Лесно се откриват чрез използване на напречна вълна с 45° пречупване за обхождане на хорда, докато не могат да бъдат открити чрез откриване на обща надлъжна вълна при обхождане на радиалната част.

а) Напречно слабо увеличение x 1/3

b）Дългосрочно слабо увеличение x1/2

c）Трансверзално високо време x500 в централния едър кристал
5. Централният груб кристал на кован прът от титанова сплав с диаметър 125 мм: нивото на забърсване в централната част (в сравнение със същия звуков диапазон) достига Φ1,2mm-6dB с правата сонда 5P14 за обиколно радиално сондиране.

а) Напречни ниски времена x 1

б) Надлъжно слабо увеличение x 1

в) Многократно увеличение x250 на централния едър кристал (с лента α)
6. Груби кристали в прокат от титанова сплав с диаметър Φ70 mm
С 5P14 права сонда, обиколна радиална сонда, нивото на смущение в центъра (в сравнение със същия звуков диапазон) достига еквивалент на плосък дънен отвор Φ0,8 mm, докато нивото на смущение на нормалния образец е около Φ0,8 mm-10 ~ 12 dB.
Изпитване на механичните свойства: изпитване на опън при стайна температура, образци с диаметър d=5mm, всички взети от центъра на пръта, върху същия номер пещ и същата спецификация на пръта.
Вижда се, че стойностите на якостта и пластичността на образците с високо ниво на фалшиви вълни (по-ивичеста α-фаза във високочестотната организация) се различават от тези на образците с ниско ниво на фалшиви вълни.

а) Надлъжно слабо увеличение x 1

б) Напречно голямо увеличение на едрозърнест материал x500

в) Напречно голямо увеличение на нормалната част x500

г) Голямо увеличение на нормална тъкан (ниво на блуждаещите вълни Φ0.8mm-10dB)x250
7. Груби кристали в кован прът от титанова сплав с диаметър Φ75 mm
При използване на 5P14 права сонда с обиколна радиална сонда, нивото на смущенията в централната част (в сравнение със същия звуков диапазон) достига Φ0,8 mm-6 dB, а нивото на смущенията в нормалната част е под Φ0,8 mm-12 dB.
Изпитване на механичните свойства: опън при стайна температура, образец d=5mm, един образец в центъра на образеца от едър кристал (ниво на зацапване Φ0,8mm-6dB) и един образец в 1/4D (ниво на зацапване Φ0,8mm-12dB или по-малко).
8. Средният едър кристал на заготовка за торта от титанова сплав (паралелна организация α)
При използване на права сонда 5P14 от крайната повърхност на заготовката за бисквити за аксиално сондиране нивото на смущенията достига до Φ1,2 mm-6 dB. Това е прегрятата организация на Weiss, причинена от ефекта на деформационната топлина по време на деформацията при коване.

а) Надлъжно слабо увеличение x 1

б) Голямо увеличение при едрозърнест материал x500
9. Среден груб кристален слой на заготовка за торта от титанова сплав (организация Weiss)
Този случай също е вид прегрята организация на Weiss, причинена от деформационен топлинен ефект по време на деформация на коване, но не е намерена с надлъжна вълна 5, 10 или дори 15 MHz, а нивото на блуждаещата вълна е по-ниско от Φ0.8mm-12dB, а загубата на долната вълна не е очевидна, което е установено след вземане на проби от анатомична корозия. Изчислено е, че границите на зърната и вътрешнокристалната фазова организация са разположени в неправилна ориентация, поради което надлъжните ултразвукови вълни, разпръснати от крайната повърхност на заготовката за пировете, се анулират взаимно аксиално след разсейване и не могат да покажат по-високото ниво на зацапване на флуоресцентния екран.

a. Малко увеличение x 1

b. Голямо увеличение на бета петното x250
10. β-място на прехода между плочата на спицата и главината на дисковидна част, изкована под налягане от титанова сплав
Не е установено с надлъжна вълна 5, 10 или дори 15 MHz, загубата на долната вълна не е очевидна, нивото на фалшивата вълна е по-ниско от Φ0.8mm-12dB, β мястото е намерено при разрязване на частта на диска.

a. Крайна повърхност с малко увеличение x 1

b. Напречно сечение с малко увеличение x 1

c. Крайната повърхност на грубия кристал висока пъти x100

d. Голямо увеличение на зоната на деформация в напречното сечение x100

e. Формата на вълната при аксиално сондиране от крайната повърхност (еквивалентно на Φ1,2mm-17dB)
11. Груби кристали и деформационна ивица върху пробивната сърцевина на пръстеновидна заготовка от титанова сплав
Това е сърцевината, пробита по време на коването на заготовката за пръстен от титанова сплав. Поради бързото гравитационно удряне топлинният ефект на бързата деформация води до появата на груби кристали и очевидни деформационни ленти, а нивото на смущенията достига Φ1,2 mm-18 dB или повече (всъщност това е отражението на тъканта в деформационната лента). Той е открит аксиално от крайната повърхност със западногермански ултразвуков дефектоскоп USIP11, права сонда MB5F (честота 5 MHz, диаметър на пластината 10 mm).
12. Удължена α тъкан върху спици на диск за коване под налягане от титанова сплав
С 5MHz, 7°, 10mmx10mmx2 комбинирана двойнокристална права сонда (контактен метод), сонда с голям диаметър за фокусиране с потапяне във вода (диаметър на пластината 50mm, диаметър на фокалната колона 3.2mm) и т.н. може да бъде намерена като Φ0.8 mm с диаметър на плоския отвор на дъното еквивалент на единичен отразен сигнал, но при използване на сондиране с по-висока честота и малък диаметър на пластинката, амплитудата на отразения сигнал значително намалява, след препариране на изпълнението при слабо увеличение След препариране той се появява като ярка линия, дълга около 25 mm, а при голямо увеличение - като агрегирана удължена α тъкан.

Удължена алфа тъкан x100
Тъй като приложението на титановата сплав продължава да се насърчава, все повече и повече да замества стоманените важни носещи части (като Съединените щати са били използвани в граждански самолети с тегло над един тон големи структурни изковки от титанова сплав), неговите изисквания за металургично качество ще бъдат все по-високи, особено използването на технология за ултразвукова проверка за контрол на металургичното качество на изковки от титанова сплав, както и ултразвукова реакция и микроструктура на титановата сплав, механични свойства на връзката между трите аспекта на изследването все още има много задълбочена работа, която трябва да се направи.
Автор: Jizhen Xia