Ultralydsdetektering af fejl i smedestykker af titaniumlegeringer

Titanium-legering har en lille vægtfylde (ca. 4,5), højt smeltepunkt (ca. 1600 ℃), god plasticitet, har en høj specifik styrke, korrosionsbestandighed, kan arbejde ved høje temperaturer i lang tid (den nuværende titaniumlegering med varm styrke er blevet brugt i 500 ℃) og andre fordele og er derfor i stigende grad blevet brugt som en vigtig bærende del af fly og flymotorer ud over smedegods af titaniumlegeringDer er støbegods, plader (såsom flyskind), Fastgørelseselementerosv. Vægtforholdet mellem titaniumlegering, der bruges i moderne udenlandske fly, er nået op på ca. 30%, hvilket viser, at anvendelsen af titaniumlegering i luftfartsindustrien har en bred fremtid. Selvfølgelig har titaniumlegeringer også følgende ulemper: for eksempel høj deformationsmodstand, dårlig varmeledningsevne, stor hakfølsomhed (ca. 1,5), ændringer i mikrostrukturen af de mekaniske egenskaber ved den mere signifikante indvirkning, hvilket fører til kompleksiteten af smeltning, smedning og varmebehandling. Derfor er brugen af ikke-destruktiv testning teknologi til at sikre den metallurgiske og forarbejdningskvalitet af smedegods af titaniumlegering er et meget vigtigt emne.

Fejl, der let opstår i smedegods af titaniumlegeringer

1). Defekter af bias-typen
Ud over β-afvigelse, β-spot, titaniumrig afvigelse og strimmel α-afvigelse er den farligste den interstitielle type α-stabil afvigelse (type Ⅰ α-afvigelse), som ofte er omgivet af små huller, revner, der indeholder ilt, nitrogen og andre gasser, sprød. Der er også aluminiumrig alfa-stabil segregering (type II alfa-segregering), som også er ledsaget af revner og skørhed og udgør en farlig defekt.
2). Inklusioner
For det meste højt smeltepunkt, høj tæthed af metalindeslutninger. Ved titaniumlegeringens sammensætning af højt smeltepunkt smeltes elementer med høj densitet ikke fuldt ud i matrixdannelsen (såsom molybdænindeslutninger), men blandes også i smeltning af råmaterialer (især genbrugsmaterialer) i karbidværktøjsflisning eller forkert elektrodesvejseproces (titaniumlegeringssmeltning bruger generelt vakuum-selvforbrugselektrodeomsmeltningsmetode), såsom wolframbuesvejsning, hvilket efterlader en høj densitet af indeslutninger, såsom wolframindeslutninger, ud over titaniaindeslutninger osv.
Tilstedeværelsen af indeslutninger kan let føre til forekomst og udvidelse af revner, så det er ikke tilladt at eksistere defekter (for eksempel Sovjetunionen i 1977, Sovjetunionens oplysninger, titaniumlegering røntgenradiografi inspektion fundet 0,3 - 0,5 mm i diameter af høj densitet indeslutninger skal registreres).
3). Den resterende krympning
Se eksempler.
4). Hullet
Huller findes ikke nødvendigvis enkeltvis, men kan også være mere end én tæt tilstedeværelse, hvilket vil fremskynde udvidelsen af træthedsrevner med lav omkreds og forårsage tidlig træthedsskade.
5). Revner
Henviser hovedsageligt til smede revner. Viskositeten af titaniumlegering er stor, dårlig mobilitet, kombineret med dårlig varmeledningsevne, så i smedningens deformationsproces, på grund af overfladefriktion, er intern deformation ikke ensartet og temperaturforskellen mellem indvendig og udvendig osv., let at producere forskydningszone (belastningslinje) inde i smedningen, hvilket i alvorlige tilfælde fører til revner, og dens orientering er generelt langs retningen af den maksimale deformationsspænding.
6). Overophedning
Titaniumlegeringens termiske ledningsevne er dårlig, ud over forkert opvarmning i den termiske behandlingsproces forårsaget af smedning eller overophedning af råmaterialer, i Smedningsproces er også let at forårsage overophedning på grund af den termiske effekt af deformation, der forårsager mikrostrukturelle ændringer, hvilket resulterer i overophedning af Weiss-organisationen.

Flere problemer i Ultralydsdetektion af fejl i smedegods af titaniumlegering

Ud over den generelle smedning ultralyd fejldetektering metode skal bemærkes ud over de problemer, titanium legering smedning ultralyd fejldetektering og de følgende spørgsmål skal bemærkes.
1). Den metallurgiske kvalitet af råmaterialer
De fleste af de defekter, der beskrives i anden del, er i råmaterialerne, kombineret med overvejelser om den faktiske situation for Kinas titaniumindustriproduktion (råmaterialer, processer osv.), kombineret med den dyre titaniumlegering, forarbejdningsvanskeligheder og formen på smedegods er generelt komplekse, hvilket gør smedning af ultralydsfejldetektion der er visse vanskeligheder (såsom blindgyder, blinde pletter, detektionsretning er ugunstig osv.), For at blokere kvaliteten af skjulte problemer så tidligt som muligt i den indledende For at stoppe de skjulte kvalitetsproblemer i den indledende fase, bør den metallurgiske kvalitet af råmaterialer kontrolleres strengt, og ultralydsacceptstandarderne skal være strengt påkrævet, og metoderne skal være mere detaljerede.
For eksempel for Runde stænger af titaniumlegering, ud over den generelle omkreds 360 ° radial forekomst langsgående bølge detektion, bør også foretages omkreds 360 ° akkordal tværgående bølge detektion (brydningsvinkel er generelt 45 °), for at sikre, at opdagelsen af lige sonde ikke kan findes på overfladen og nær-overflade defekter (såsom radiale revner). For titanium legering billet, pie billet, ring billet, osv. ud over lodret forekomst af langsgående bølge inspektion, under hensyntagen til den mulige eksistens af revner langs smedning deformation stamme linje (i kryds-sektion af den omtrentlige 45 ° orientering) og nogle tilt orientering af defekten, bør også være 45 ° brydningsvinkel af den radiale tværgående bølge inspektion (nogle udenlandske standarder kræver også 5 ° forekomst af langsgående bølge inspektion og brydningsvinkel på 60 ° radial, kordal tværgående bølge inspektion, såsom den britiske RPS705 og den amerikanske RPS705. (f.eks. den britiske RPS705 og den amerikanske DPS4.713).
På grund af de høje følsomhedskrav til titaniumlegeringsfejldetektering er det hensigtsmæssigt at bruge 5 MHz langsgående bølgedetektering, tværgående bølgedetektering med en frekvens på 2,5 MHz (begge i samme materiale bølgelængdeækvivalent). I vurderingen, identifikation af defekter, og nogle gange bruge højere frekvenser (såsom Sovjetunionen data anbefalede brugen af 20MHz frekvens).
2). Vælg den rigtige detektionsmetode
For at sikre kvaliteten af titanium legering smedninger, ud over streng kontrol af kvaliteten af råvarer, men også skal forhindre fejl i den efterfølgende termisk behandling, bør være opmærksomme på smedninger af den ru og halvfabrikata ultralyd fejldetektering, samt den færdige fase af røntgen fejldetektering, fluorescens penetrant fejldetektering og anodiseret korrosion og andre inspektionsmidler, valget af metoder i princippet og generelle smedninger er stort set de samme.
Ændringer i mikrostrukturen i smedegods af titaniumlegering på dets mekaniske egenskaber har en mere betydelig indvirkning på ultralydsdetektering af fejl i niveauet af clutter og vurdering af bundbølgetab spiller en rolle i kontrollen af ensartetheden af titaniumlegeringsvæv, bør gives fuld opmærksomhed.
Ultralydsspredning ved korngrænserne og intrakrystallinsk faseorganisation kan vises på den fluorescerende skærm som en falsk bølge, kan også manifesteres som akustisk energidæmpning forårsaget af reduktionen i højden af bundbølgen (bundbølgetab), som begge har en vis korrespondance med mikrostrukturen. Baseret på evalueringen af disse to parametre er der fundet grove krystaller, sidestillet α-væv (Weiss-væv, der kan forårsage et fald i cyklisk udmattelsesydelse ved lav omkreds) osv.
Med hensyn til det arbejde, der er gjort indtil videre, er mikrostrukturen af titaniumlegeringer med høje niveauer af falske bølger, for det meste manifesteret som en komplet og åbenlys original β-korngrænser og flad og langstrakt Weiss-alfa-organisation (udeformeret typisk Weiss-organisation), eller ser ud til at have mere og stor klumpet alfa-fase, denne form for organisation i de mekaniske egenskaber af styrkeindekset falder. Derudover kan nogle rester af støbevæv også forårsage et højt niveau af strejfbølger. Men på den generelle overophedede Weiss-organisation, hvis de oprindelige β-korngrænser og intrakrystallinsk faseorganisation er mere uordentlig og uregelmæssig, selvom en sådan organisation er dårlig, selv fra mikrostrukturvurderingen ikke er kvalificeret, er niveauet af rod ikke nødvendigvis højt, hvilket indikerer, at vurderingen af niveauet af rod stadig er en stor begrænsning.
I vurderingen af bundbølgetabet har visse Weiss-organisationer mere tydelig dæmpning af højfrekvenskomponenten i ultralydspulsen (såsom parallel alfa-organisation), hvilket er lettere at observere på spektrometeret (Beijing Institute of Aeronautical Materials Qian Xinyuan osv.), Men der er visse praktiske vanskeligheder i den industrielle produktion af inspektion af store mængder af, hvordan man bruger almindelig ultralydsfejldetektor, valget af * responsfrekvenssonde til detektion.
Det skal bemærkes, at der heller ikke findes nogen pålidelig og effektiv ultralydsdetekteringsmetode til interne afvigelser i titaniumlegeringer.
Kort sagt, hvordan man bruger ultralydsrespons på en række forskellige mikrostrukturer til at kontrollere kvaliteten af titaniumlegeringsegenskaber, er i øjeblikket genstand for dybdegående forskning (såsom brugen af højere, endda hundreder af megahertz-frekvenser, samt brugen af elektroniske computere til informationsbehandling osv.) I den nuværende ultralydsdetektering af titaniumlegerings smedegods og materialer er evalueringen af spuriøst bølgeniveau og bundbølgetab dog stadig to meget værdifulde indikatorer.
I ultralydsdetektering af fejl i materialer af titaniumlegeringerNogle gange vil vævsrefleksionen forårsaget af et enkelt stort korn eller lokal vævsinhomogenitet fremstå i form af et enkelt refleksionssignal, som let forveksles med refleksionssignalet fra ægte metallurgiske defekter (såsom indeslutninger med høj densitet, revner, huller osv.), Hvilket kan skyldes faseoverlejring af ultralydsrefleksionsbølger ved eksperimentel analyse. I dette tilfælde vil brugen af sonde med lille diameter eller fokusprobe (reducere strålediameteren), øge ultralydsfrekvensen til den samme detektionsfølsomhed (flad bundhulsdiameter af den samme testblok), når den revurderes, det vil blive fundet, at den reflekterede signalamplitude faldt markant og undertiden endda forsvandt, mens de sande metallurgiske defekter i det reflekterede signal i dette tilfælde ikke vil have væsentlige ændringer. Denne metode kan identificere de sande metallurgiske defekter i titaniumlegeringer med vævsrefleksioner.
Selvfølgelig, i titanium legering ultralyd fejldetektering, og andre materialer, som ultralyd fejldetektering, forsøg på at vise kun A-type refleksion puls signal til at bestemme arten af defekten er naturligvis umuligt, skal kombineres med den specifikke fejldetektering objekt materialesammensætning egenskaber, smeltning og smedning proces, samt suppleret med andre ikke-destruktive testmidler (såsom røntgenradiografi, infiltration, ultralyd C-scanning, etc.), kombineret med fejldetekteringspersonalets egen erfaring Niveau og anden omfattende analyse og vurdering, om nødvendigt, anatomisk verifikation (inklusive makro, høj forstørrelse og endda elektronmikroskopi, elektronsonde og andre midler). Derfor er kvalitetskriterierne for ultralydsdetektion af titaniumlegeringer og råmaterialer i øjeblikket stadig grundlæggende baseret på parametrene for ekkosignalet.

Eksempler på defekter i smedestykker og materialer af titaniumlegeringer

1. Restkrympning i en Φ70 mm smedestang af titaniumlegering

Langsgående bølge (øverst for det langsgående bølgeformfoto) og tværgående bølge (nederst for det tværgående bølgeformfoto) kan findes, langsgående bølgedetektion som et stærkt defekt ekko og forårsager bundbølgereduktion (arealtypedefekter, kan groft bedømmes som radial retning), tværgående bølgedetektion som et klart og stærkt defekt ekko (revne-lignende defekter). Den højre figur viser det tværgående foto med lav forstørrelse (1x).
2. Molybdænindeslutninger i titaniumlegeringskagen (indeslutninger med høj densitet)

Dette er smeltning som aluminium og molybdæn mellemliggende legering i molybdæn er ikke helt smeltet og efterladt i matrixen for at danne, tilgængelig langsgående bølgedetektion, uanset ændring af ultralydsfrekvens og ultralydsstrålediameter kan findes godt, og placeringen svarer godt i begge sider af detektionen. Efter dissektion blev det verificeret som molybdænindeslutninger. I den tværgående lave multiple mere "øje", i kagen billet orientering mere parallelt med endefladen, men nogle vil blive orienteret skråt, i kagen billet er ikke let at finde, at blive smedet til skiveformede dele på grund af deformationskræfter for at ændre sin orientering til parallel med endefladen er let at finde. Det venstre billede er et tværgående foto med lav forstørrelse (2x), og det højre billede er et røntgenfoto taget i ultralydsstrålens projektionsretning (den ydre cirkel er blytråd, og den hvide prik i midten er indeslutninger med høj densitet - molybdænindeslutninger).

a) 45° revne på ringknap tværgående lav forstørrelse x 1/2

b) Kraftig forstørrelse 100x af revnen i ringknoppen til venstre

c) 45° revne på tærtepladen på tværs af lave tider x 1/2

d) 45° revne i endevinklen på den kage, der føres til smedepladen til bearbejdning til halvfabrikata, udsat 1x

e) Krydsrevner på smedepladen x1/2
3. 45°-revner i titaniumlegeringsstykker (ring) og tværrevner på smedede pladedele
Disse revner er forårsaget af smedning, især Når man smeder pie (ring) billets fra titanium ingots, ofte på grund af lav terminal temperatur, overdreven hammerkraft osv. og revner langs zui stor deformation stress retning. De fleste af disse revner i åbningen, der bygger bro tættere, eller hele revnen på mellemrumsgraden er meget ujævn, lokal brobygning meget tæt, efter smedning af mekanisk behandling til halvfabrikata, hvis overfladen tilfældigvis er ved de brobyggende tættere dele, kan korrosions- eller penetrationsmetoden muligvis ikke detekteres undertiden, men dens indre revner og større, og endda udseendet af huller (såsom foto b)). Ved hjælp af 45° refraktion er tværbølger lette at opdage og kan bedømmes.

a) Tværgående lav forstørrelse x 1/2

b) Overflade revne farvning penetration display x1
4. Radiale overflade revner på Φ70mm titanium legering valset bar
Disse revner hører også til revner, der dannes i smede- eller valseprocessen, som kan findes ved korrosion eller infiltrationsmetode. Det er let at opdage ved at bruge 45° tværgående bølge til omkreds af akkorden, mens det ikke kan opdages ved generel langsgående bølge til omkreds af radial forekomst.

a) Tværgående lav forstørrelse x 1/3

b） Langsgående lav forstørrelse x1/2

c） Tværgående højtider x500 ved den centrale grove krystal
5. Den centrale grove krystal af Φ125 mm smedet stang af titaniumlegering: niveauet af rod i den centrale del (sammenlignet med samme lydområde) når Φ1,2 mm-6 dB med den lige 5P14-probe, der sonderer radialt i omkredsen.

a) Tværgående lave tider x 1

b) Langsgående lav forstørrelse x 1

c) Høj multipel x250 ved den centrale grove krystal (med bjælke α)
6. Grove krystaller i Φ70 mm valset stang af titaniumlegering
Med 5P14 straight probe circumferential radial probe når forstyrrelsesniveauet i midten (sammenlignet med det samme lydområde) Φ0,8 mm fladbundshulækvivalent, mens forstyrrelsesniveauet på den normale prøve er omkring Φ0,8 mm-10 ~ 12 dB.
Test af mekaniske egenskaber: Trækprøver ved stuetemperatur, d=5 mm, alle udtaget fra midten af stangen, på samme ovnnummer og med samme specifikation.
Det kan ses, at styrke- og plasticitetsværdierne for prøverne med et højt niveau af spuriøse bølger (mere stribet α-fase i højfrekvensorganisationen) er forskellige fra dem for prøverne med et lavt niveau af spuriøse bølger.

a) Langsgående lav forstørrelse x 1

b) Tværgående høj forstørrelse ved groft korn x500

c) Tværgående høj forstørrelse ved normal del x500

d) Høj forstørrelse på normalt væv (strømbølgeniveau Φ0.8mm-10dB)x250
7. Grove krystaller i Φ75 mm smedet stang af titaniumlegering
Ved brug af 5P14 lige sonde med radial omkreds når forstyrrelsesniveauet i midterdelen (sammenlignet med samme lydområde) op på Φ0,8 mm-6 dB, og forstyrrelsesniveauet i den normale del er under Φ0,8 mm-12 dB.
Test af mekaniske egenskaber: Træk ved stuetemperatur, d=5 mm prøve, en prøve i midten af den grove krystalprøve (forstyrrelsesniveau Φ0,8 mm-6 dB) og en prøve ved 1/4D (forstyrrelsesniveau Φ0,8 mm-12 dB eller mindre).
8. Den midterste grove krystal af titaniumlegeringskage (parallel α-organisation)
Ved at bruge 5P14 lige sonde fra endefladen af kiksemnet til aksial sondering, når forstyrrelsesniveauet Φ1,2mm-6dB eller deromkring. Dette er den overophedede Weiss-organisation forårsaget af deformationsvarmeeffekten under smededeformationen.

a) Langsgående lav forstørrelse x 1

b) Høj forstørrelse ved groft korn x500
9. Mellemste grove krystallinske lag af titaniumlegeringskage (Weiss-organisation)
Dette tilfælde er også en slags overophedet Weiss-organisation forårsaget af deformationsvarmeeffekt under smededeformation, men det findes ikke med langsgående bølge 5, 10 eller endda 15MHz, og dets omstrejfende bølgeniveau er lavere end Φ0.8mm-12dB, og bundbølgetabet er ikke indlysende, hvilket findes efter prøveudtagning af anatomisk korrosion. Det anslås, at korngrænserne og den intrakrystallinske faseorganisation er arrangeret i en uregelmæssig retning, hvilket gør, at de langsgående ultralydsbølger, der spredes fra endefladen af tærteknolden, aksialt annullerer hinanden efter spredning og ikke kan vise det højere rodniveau på den fluorescerende skærm.

a. Lav forstørrelse x 1

b. Høj forstørrelse af beta spot x250
10. β-punkt ved overgangen mellem egerpladen og navet på en skiveformet smedet del af titaniumlegering
Det blev ikke fundet med langsgående bølge 5, 10 eller endda 15 MHz, bundbølgetabet var ikke indlysende, det falske bølgeniveau var lavere end Φ0,8 mm-12 dB, β-punktet blev fundet, når man dissekerede diskdelen.

a. Endeoverflade ved lav forstørrelse x 1

b. Tværsnit ved lav forstørrelse x 1

c. Endeoverflade grov krystal høj gange x100

d. Høj forstørrelse af deformationszonen i tværsnit x100

e. Bølgeform ved sondering aksialt fra endefladen (svarende til Φ1,2mm-17dB)
11. Grove krystaller og deformationsbånd på stansekernen i en ring af titaniumlegering
Dette er kernen, der er stanset ned under smedning af titaniumlegeringsring. På grund af den hurtige tyngdekraftshammering fører den termiske effekt af hurtig deformation til grove krystaller og tydelige deformationsbånd, og dens rodniveau når Φ1,2 mm-18 dB eller mere (faktisk er det vævsrefleksionen ved deformationsbåndet). Det blev detekteret aksialt fra endefladen med en vesttysk USIP11 ultralydsfejldetektor, MB5F lige probe (5MHz frekvens, wafer diameter 10mm).
12. Forlænget α-væv på egerpladen af Skive af titaniumlegering til smedning
Med 5MHz, 7°, 10mmx10mmx2 kombineret dobbelt krystal lige probe (kontaktmetode), stor diameter vand nedsænkning fokusering probe (wafer diameter 50mm, fokal kolonne diameter 3,2mm), etc. kan findes som Φ0.8 mm diameter fladt bundhul svarende til et enkelt reflekteret signal, men når man bruger højere frekvens og wafersonde med lille diameter, faldt den reflekterede signalamplitude markant efter dissektion ved lav forstørrelsesydelse Efter dissektion ser det ud som en lys linje, ca. 25 mm lang, og som et samlet langstrakt α-væv ved høj forstørrelse.

Forlænget alfa-væv x100
Da anvendelsen af titaniumlegering fortsætter med at fremme, mere og mere for at erstatte stålets vigtige bærende dele (såsom USA er blevet brugt i civile fly, der vejer mere end et ton store titaniumlegeringsfly strukturelle smedninger), vil dets metallurgiske kvalitetskrav blive stadig højere, især brugen af ultralydsinspektionsteknologi til at kontrollere den metallurgiske kvalitet af titaniumlegerings smedninger, såvel som ultralydsrespons og titaniumlegeringsmikrostruktur, mekaniske egenskaber ved forholdet mellem de tre aspekter af forskning der er stadig Der er meget dybtgående arbejde, der skal gøres.
Forfatter: Jizhen Xia