Ultrasone detectie van gebreken in smeedstukken van titaniumlegeringen

Titanium legering heeft een klein soortelijk gewicht (ongeveer 4,5), hoog smeltpunt (ongeveer 1600 ℃), goede plasticiteit, heeft een hoge specifieke sterkte, corrosiebestendigheid, kan lange tijd bij hoge temperaturen werken (de huidige titaniumlegering met hete sterkte is gebruikt voor 500 ℃) en andere voordelen, en is dus steeds meer gebruikt als een belangrijk dragend onderdeel van vliegtuigen en vliegtuigmotoren, naast smeedstukken van titaniumlegeringenEr zijn gietstukken, platen (zoals vliegtuighuid), bevestigingsmiddelenenz. De gewichtsverhouding van titaniumlegeringen die in moderne buitenlandse vliegtuigen worden gebruikt, heeft ongeveer 30% bereikt, wat aantoont dat de toepassing van titaniumlegeringen in de luchtvaartindustrie een brede toekomst heeft. Natuurlijk hebben titaanlegeringen ook de volgende nadelen: bijvoorbeeld hoge weerstand tegen vervorming, slechte thermische geleidbaarheid, grote kerf gevoeligheid (ongeveer 1,5), veranderingen in de microstructuur van de mechanische eigenschappen van de meer significante impact, wat leidt tot de complexiteit van smelten, smeden verwerking en warmtebehandeling. Daarom is het gebruik van niet-destructief onderzoek technologie om de metallurgische en verwerkingskwaliteit van smeedstukken van titaniumlegeringen is een zeer belangrijk onderwerp.

Defecten die gemakkelijk voorkomen in smeedstukken van titaniumlegeringen

1). Bias-type defecten
Naast β-afwijking, β-vlek, titaanrijke afwijking en strip α-afwijking is de gevaarlijkste afwijking het interstitiële type α-stabiel (type Ⅰ α-afwijking), dat vaak omgeven is door kleine gaatjes, scheurtjes, zuurstof, stikstof en andere gassen bevat en bros is. Er is ook aluminiumrijke alfa stabiele segregatie (type II alfa segregatie), die ook gepaard gaat met scheuren en broosheid en een gevaarlijk defect vormt.
2). Opname
Meestal hoog smeltpunt, hoge dichtheid van metaalinsluitingen. Door de samenstelling van de titaanlegering met een hoog smeltpunt, worden elementen met een hoge dichtheid niet volledig gesmolten in de matrixvorming (zoals molybdeeninsluitingen), maar ook gemengd in het smelten van grondstoffen (vooral gerecyclede materialen) in het carbidegereedschap chippen of onjuist elektrode lasproces (het smelten van titaanlegeringen maakt over het algemeen gebruik van vacuüm-zelfconsumptie elektrode hersmeltmethode), zoals wolfraambooglassen, waardoor een hoge dichtheid van insluitingen, zoals wolfraaminsluitingen, naast titania insluitingen, etc. .
De aanwezigheid van insluitsels kan gemakkelijk leiden tot het ontstaan en de uitbreiding van scheuren, dus het is niet toegestaan om gebreken te bestaan (bijvoorbeeld, de Sovjet-Unie in 1977, de Sovjet-Unie informatie, titanium legering röntgeninspectie gevonden 0,3 - 0,5 mm in diameter van hoge dichtheid insluitsels moeten worden geregistreerd).
3). De restkrimp
Zie voorbeelden.
4). Het gat
Gaten bestaan niet noodzakelijkerwijs afzonderlijk, maar kunnen ook meer dan één dichte aanwezigheid zijn, wat de uitbreiding van lage omtrekmoeheidsscheuren zal versnellen en vroege moeheidsschade zal veroorzaken.
5). Kraken
Verwijst voornamelijk naar smeedscheuren. De viscositeit van titaniumlegering is groot, slecht beweeglijk, in combinatie met een slecht warmtegeleidingsvermogen, zodat in het vervormingsproces van het smeedstuk door oppervlaktewrijving, interne vervorming niet uniform is en het temperatuurverschil tussen binnen en buiten, enz. gemakkelijk een afschuifzone (spanningslijn) in het smeedstuk kan produceren, wat in ernstige gevallen tot scheuren leidt, en de oriëntatie ligt meestal langs de richting van de maximale vervormingsspanning.
6). Oververhitting
De thermische geleidbaarheid van titaniumlegeringen is slecht, naast onjuiste verwarming in het thermische verwerkingsproces veroorzaakt door smeedstukken of oververhitting van grondstoffen, in de smeedproces kan ook gemakkelijk oververhitting veroorzaken door het thermische effect van vervorming, waardoor microstructurele veranderingen ontstaan, wat resulteert in oververhitting van de Weiss-organisatie.

Verschillende problemen in Ultrasone detectie van gebreken in smeedstukken van titaniumlegering

Naast de algemene smeedstuk ultrasone foutdetectie methode moet worden opgemerkt in aanvulling op de problemen, titanium legering smeedstukken ultrasone foutdetectie en de volgende kwesties moeten worden opgemerkt.
1). De metallurgische kwaliteit van grondstoffen
De meeste defecten die in het tweede deel beschreven worden, zitten in de grondstoffen, in combinatie met aandacht voor de feitelijke situatie van de productie van titanium in China (grondstoffen, processen, enz.), in combinatie met de dure titaniumlegering, verwerkingsmoeilijkheden en de vorm van smeedwerk Om de verborgen kwaliteitsproblemen in het beginstadium te stoppen, moet de metallurgische kwaliteit van de grondstoffen strikt worden gecontroleerd en moeten de ultrasone acceptatienormen strikt worden vereist en moeten de methoden gedetailleerder zijn.
Bijvoorbeeld voor ronde staaf van titaniumlegeringNaast de algemene omtrekinspectie van 360 ° radiale invalshoek longitudinale golf, moet ook omtrekinspectie van 360 ° koordevormige transversale golf worden uitgevoerd (de brekingshoek is over het algemeen 45 °), om ervoor te zorgen dat de ontdekking van rechte sonde niet kan worden gevonden op het oppervlak en de nabije oppervlaktedefecten (zoals radiale scheuren). Voor billets van titaniumlegering, taart billet, ring billet, enz. naast verticale inval van longitudinale golfinspectie, rekening houdend met het mogelijke bestaan van scheuren langs de vervormingsreklijn van het smeden (in de kruis-doorsnede van de ongeveer 45 ° oriëntatie) en sommige tilt oriëntatie van het defect, moet ook 45 ° brekingshoek van de radiale transversale golf inspectie (sommige buitenlandse normen vereisen ook 5 ° invallende longitudinale golf inspectie en brekingshoek van 60 ° radiale, chordale transversale golf inspectie, zoals de Britse RPS705 en de Amerikaanse RPS705. (zoals de Britse RPS705 en de Amerikaanse DPS4.713).
Vanwege de hoge gevoeligheidseisen voor het opsporen van gebreken in titaniumlegeringen, is het aangewezen om 5MHz longitudinale golfdetectie te gebruiken, transversale golfdetectie met een frequentie van 2,5MHz (beide in hetzelfde materiaal golflengte-equivalent). Bij de beoordeling, identificatie van gebreken, en soms gebruik van hogere frequenties (zoals de Sovjet-Unie gegevens aanbevolen het gebruik van 20MHz frequentie).
2). Kies de juiste detectiemethode
Om de kwaliteit van smeedstukken van titaniumlegeringen te verzekeren, naast een strikte controle van de kwaliteit van grondstoffen, maar ook defecten in de daaropvolgende thermische verwerking moeten voorkomen, moet aandacht worden besteed aan de smeedstukken van de ruwe en halfafgewerkte ultrasone foutdetectie, evenals het afgewerkte stadium van röntgenfoutdetectie, detectie van het fluorescentiepenetrantfout en geanodiseerde corrosie en andere inspectiemiddelen, de keuze van methoden in principe en algemene smeedstukken zijn in principe hetzelfde.
Veranderingen in de microstructuur van smeedstukken van titaniumlegeringen op de mechanische eigenschappen hebben een significantere invloed op de ultrasone opsporing van gebreken van het niveau van rommel en de beoordeling van het verlies van de bodemgolf spelen een rol bij het controleren van de uniformiteit van weefsel van titaniumlegeringen, waaraan alle aandacht moet worden besteed.
Ultrasone verstrooiing aan de korrelgrenzen en intracrystalline faseorganisatie kan op het fluorescerende scherm worden weergegeven als een onechte golf, en kan zich ook manifesteren als akoestische energieverzwakking veroorzaakt door de vermindering van de hoogte van de bodemgolf (bodemgolfverlies), die beide een zekere overeenkomst hebben met de microstructuur. Op basis van de evaluatie van deze twee parameters zijn grove kristallen, naast elkaar liggend α-weefsel (Weiss-weefsel dat een afname van de cyclische vermoeiingsprestaties bij lage omtrek kan veroorzaken), enz. gevonden.
In termen van het werk tot nu toe, de microstructuur van titanium legeringen met een hoog niveau van zwervende golven, meestal gemanifesteerd als een volledige en duidelijke originele β korrelgrenzen en vlakke en langwerpige Weiss alpha organisatie (niet-vervormde typische Weiss organisatie), of lijken meer en grote klonterige alpha fase hebben, dit soort organisatie in de mechanische eigenschappen van de sterkte-index daling. Daarnaast kunnen sommige gietweefselresten ook een hoog niveau van zwerfgolven veroorzaken. Maar op de algemene oververhitte Weiss-organisatie, als de oorspronkelijke β korrelgrenzen en intracrystalline faseorganisatie meer wanordelijk en onregelmatig is, hoewel zo'n organisatie slecht is, zelfs van de microstructuurbeoordeling niet gekwalificeerd is, is het niveau van rommel niet noodzakelijk hoog, wat erop wijst dat de beoordeling van het niveau van rommel nog steeds een grote beperking is.
Bij de beoordeling van het verlies van de bodemgolf hebben bepaalde Weiss-organisaties een duidelijkere verzwakking van de hoogfrequente component van de ultrasone puls (zoals parallelle alfa-organisatie), die gemakkelijker waar te nemen is op de spectrometer (Beijing Institute of Aeronautical Materials Qian Xinyuan, enz.), maar er zijn bepaalde praktische problemen bij de industriële productie van inspectie in grote volumes van hoe gewone ultrasone foutdetector te gebruiken, de keuze van * responsfrequentiesonde voor detectie.
Er moet worden opgemerkt dat er ook geen betrouwbare en effectieve ultrasone detectiemethode is voor interne afwijkingen van titaanlegeringen.
Kortom, hoe ultrasone respons op een verscheidenheid aan verschillende microstructuren te gebruiken om de kwaliteit van de eigenschappen van titaniumlegeringen te controleren, is momenteel het onderwerp van diepgaand onderzoek (zoals het gebruik van hogere, zelfs honderden megahertzfrequenties, evenals het gebruik van elektronische computers voor informatieverwerking, enz.) Niettemin zijn in de huidige ultrasone foutdetectie van smeedstukken en materialen van titaniumlegeringen de evaluatie van het niveau van de ongewenste golven en het verlies van de bodemgolven nog steeds twee zeer waardevolle indicatoren.
In de ultrasone foutdetectie van materialen van titaniumlegeringenSoms zal de weefselreflectie veroorzaakt door een enkele grote korrel of lokale weefsel inhomogeniteit verschijnen in de vorm van een enkel reflectiesignaal, dat gemakkelijk verward wordt met het reflectiesignaal van echte metallurgische defecten (zoals insluitsels met hoge dichtheid, scheuren, gaten, enz.), wat te wijten kan zijn aan de faseoverlapping van ultrasone reflectiegolven door experimentele analyse. In dit geval zal het gebruik van een sonde met een kleine diameter of een focussonde (verkleining van de straaldiameter), verhoging van de ultrasone frequentie tot dezelfde detectiegevoeligheid (diameter van het vlakke bodemgat van hetzelfde testblok) bij herevaluatie blijken dat de amplitude van het gereflecteerde signaal aanzienlijk afneemt en soms zelfs verdwijnt, terwijl de echte metallurgische defecten van het gereflecteerde signaal in dit geval geen significante veranderingen ondergaan. Deze methode kan de echte metallurgische defecten in titaanlegeringen met weefselreflecties identificeren.
Natuurlijk, in de titaniumlegering ultrasone opsporing van gebreken, en andere materialen, zoals ultrasone opsporing van gebreken, pogingen om alleen A-type reflectie pulssignaal om de aard van het defect te bepalen is natuurlijk onmogelijk, moet worden gecombineerd met de specifieke gebrek detectie object materiële samenstelling kenmerken, smelten en smeden proces, alsmede aangevuld met andere niet-destructief onderzoek middelen (zoals X-ray radiografie, infiltratie, ultrasone C-scan, enz.), in combinatie met de eigen ervaring van het personeel voor foutdetectie Niveau en andere uitgebreide analyse en oordeel, indien nodig, anatomische verificatie (inclusief macro-, hoge vergroting, en zelfs elektronenmicroscopie, elektronensonde en andere middelen). Daarom zijn op dit moment in de ultrasone opsporing van gebreken in smeedstukken en grondstoffen van titaniumlegeringen de criteria voor kwaliteitsacceptatie nog steeds hoofdzakelijk gebaseerd op de parameters van het echosignaal.

Voorbeelden van defecten aan smeedstukken en materialen van titaniumlegeringen

1. Restkrimp in een smeedstaaf van een Φ70mm titaniumlegering

Longitudinale golf (boven voor de longitudinale golfvormfoto) en transversale golf (onder voor de transversale golfvormfoto) kunnen worden gevonden, longitudinale golfdetectie als een sterke defectecho en vermindering van de bodemgolf (gebiedstype defecten, kan ruwweg worden beoordeeld als radiale richting), transversale golfdetectie als een duidelijke en sterke defectecho (barstachtige defecten). De rechter afbeelding toont de transversale foto met lage vergroting (1x).
2. De molybdeeninsluitingen in de billet van de titaanlegering (insluitingen met hoge dichtheid)

Dit is smelten als aluminium en molybdeen tussenlegering in de molybdeen niet volledig gesmolten en links in de matrix te vormen, beschikbaar longitudinale golf detectie, ongeacht het veranderen van de ultrasone frequentie en ultrasone bundel diameter kan goed worden gevonden, en de locatie komt goed overeen in beide zijden van de detectie. Na ontleding werd het geverifieerd als molybdeen insluitingen. In de transversale lage meerdere meer "oog", in de taart billet oriëntatie meer parallel aan het eindvlak, maar sommige zal worden georiënteerd schuin, in de taart billet is niet gemakkelijk te vinden, te worden gesmeed in schijf-vormige delen als gevolg van vervorming krachten om de oriëntatie te veranderen naar parallel aan het eindvlak is gemakkelijk te vinden. De linkerfoto is een transversale foto met lage vergroting (2x), en de rechterfoto is een röntgenfoto genomen in de richting van de projectie van de ultrageluidsbundel (de buitenste cirkel is looddraad, en de witte stip in het midden is een insluitsel met hoge dichtheid - molybdeeninsluitsels).

a) 45° scheur op ring billet dwars lage vergroting x 1/2

b) Hoge vergroting 100x van de scheur in de ring billet aan de linkerkant

c) 45° scheur op de taart billet transversale lage tijden x 1/2

d) Eindhoek 45° scheur op de taart billet gebracht naar de matrijs smeden plaat voor bewerking tot halffabrikaat bloot 1x

e) Kruisscheuren op de smeedplaat x1/2
3. 45°-barsten in billets van titaanlegering (ring) en dwarsscheuren op gesmede plaatdelen
Deze scheuren worden veroorzaakt door smeden, vooral bij het smeden van taart (ring) knuppels van titanium ingots, vaak te wijten aan lage eindtemperatuur, overmatige hamerkracht, enz. en scheuren langs de zui grote vervorming stress richting. De meeste van deze scheuren in de opening overbrugging strakker, of de hele scheur op de kloof graad is zeer ongelijkmatig, lokale overbrugging zeer strak, na het smeden mechanische verwerking tot halffabrikaten, als het oppervlak toevallig op de overbrugging strakkere delen, dan is de corrosie of penetratie methode kan niet worden gedetecteerd soms, maar de interne scheurvorming en groter, en zelfs de verschijning van gaten (zoals foto b)). Met behulp van 45° breking transversale golf is gemakkelijk te detecteren en kan worden beoordeeld.

a) Transversale lage vergroting x 1/2

b) Weergave van de penetratie van oppervlaktescheuren door kleuring x1
4. Radiale oppervlaktescheuren op een Φ70mm titaniumlegering gewalste staaf
Deze scheuren behoren ook tot scheuren die gevormd zijn in het smeed- of walsproces en die gevonden kunnen worden door corrosie of infiltratiemethode. Het is gemakkelijk te detecteren door gebruik te maken van 45° breking transversale golf voor omtrek koordevegen, terwijl het niet gedetecteerd kan worden door algemene longitudinale golf omtrek radiale inval detectie.

a) Transversale lage vergroting x 1/3

b）Longitudinale lage vergroting x1/2

c）Transversale hoge tijden x500 bij het centrale grove kristal
5. Het centrale grove kristal van de gesmede staaf van een Φ125mm titaniumlegering: het niveau van de rommel in het centrale deel (vergeleken met hetzelfde geluidsbereik) bereikt Φ 1,2mm-6dB met de 5P14 rechte taster omtrek radiaal aftasten.

a) Transversale lage tijden x 1

b) Longitudinale lage vergroting x 1

c) Hoog veelvoud x250 bij het centrale grove kristal (met balk α)
6. Grove kristallen in Φ70mm titaniumlegering gewalste staaf
Met de 5P14 rechte radiale sonde bereikt het niveau van de rommel in het midden (vergeleken met hetzelfde geluidsbereik) het equivalent van Φ0,8mm vlakke bodemgat, terwijl het niveau van de rommel op het normale preparaat rond Φ0,8mm-10~12dB ligt.
Mechanische eigenschapstest: trek bij kamertemperatuur, d=5mm monsters, allemaal genomen vanuit het midden van de staaf, op hetzelfde ovennummer en dezelfde specificatie staaf.
Het is te zien dat de sterkte- en plasticiteitswaarden van de proefstukken met een hoog niveau van onechte golven (meer gestreepte α-fase in de hoogfrequente organisatie) verschillen van die van de proefstukken met een laag niveau van onechte golven.

a) Longitudinale lage vergroting x 1

b) Dwarsvergroting bij grove korrel x500

c) Dwarsvergroting bij normaal deel x500

d) Hoge vergroting bij normaal weefsel (strooigolfniveau Φ 0,8 mm-10 dB)x250
7. Grove kristallen in Φ75mm titaniumlegering gesmede staaf
Met de 5P14 rechte radiale sonde bereikt het rommelniveau in het middelste deel (vergeleken met hetzelfde geluidsbereik) Φ 0,8 mm-6 dB, en het rommelniveau in het normale deel is lager dan Φ 0,8 mm-12 dB.
Mechanische eigenschappen test: trek bij kamertemperatuur, d=5mm monster, één monster in het midden van het grove kristalmonster (rommelniveau Φ 0,8mm-6dB) en één monster op 1/4D (rommelniveau Φ 0,8mm-12dB of minder).
8. Het middelste grove kristal van de billet van de titaniumlegeringstaart (parallel α organisatie)
Bij gebruik van de 5P14 rechte sonde vanaf het eindvlak van de koekjesplak voor axiaal aftasten, bereikt het rommelniveau Φ 1,2mm-6dB of zo. Dit is de oververhitte Weiss-organisatie veroorzaakt door het vervormingswarmte-effect tijdens de vervorming van het smeedstuk.

a) Longitudinale lage vergroting x 1

b) Hoge vergroting bij grove korrel x500
9. Middelste grove kristallijne laag van titaniumlegering taart billet (Weiss organisatie)
Dit geval is ook een soort oververhitte Weiss-organisatie veroorzaakt door het vervormingswarmte-effect tijdens de vervorming van het smeedstuk, maar het wordt niet gevonden met longitudinale golf 5, 10 of zelfs 15MHz, en het niveau van de zwerfgolf is lager dan Φ0.8mm-12dB, en het verlies van de bodemgolf is niet duidelijk, wat gevonden wordt na het nemen van anatomische monsters. Er wordt geschat dat de korrelgrenzen en de intracrystalline faseorganisatie in een onregelmatige oriëntatie zijn gerangschikt, waardoor de longitudinale ultrasone golven die vanaf het uiteinde van de taartpunt worden verstrooid elkaar na verstrooiing axiaal opheffen en niet het hogere stoorniveau op het fluorescerende scherm kunnen laten zien.

a. Lage vergroting x 1

b. Hoge vergroting van bètaplek x250
10. β-punt op de overgang tussen de spaakplaat en de naaf van een spuitgegoten schijfvormig onderdeel van een titaanlegering
Het werd niet gevonden bij longitudinale golf 5, 10 of zelfs 15MHz, het verlies van de onderste golf was niet duidelijk, het niveau van de spurious golf was lager dan Φ0.8mm-12dB, de β-vlek werd gevonden bij het ontleden van het schijfgedeelte.

a. Eindoppervlak lage vergroting x 1

b. Doorsnede lage vergroting x 1

c. Eindoppervlak grof kristal hoog maal x100

d. Hoge vergroting van de vervormingszone van dwarsdoorsnede x100

e. Golfvorm bij axiale sondering vanaf het eindvlak (gelijk aan Φ 1,2mm-17dB)
11. Grove kristallen en vervormingsband op de ponskern van de ringplak van een titaniumlegering
Dit is de kern die tijdens het smeden van de billet van een titaniumlegering ring naar beneden is geslagen. Door het snelle hameren op zwaartekracht leidt het thermische effect van snelle vervorming tot grove kristallen en duidelijke vervormingsbanden, en het rommelniveau bereikt Φ 1,2mm-18dB of meer (eigenlijk is het de weefselreflectie bij de vervormingsband). Het werd axiaal gedetecteerd vanaf het eindvlak met een West-Duitse USIP11 ultrasone foutdetector, MB5F rechte sonde (5MHz frequentie, wafeldiameter 10mm).
12. Langwerpig α-weefsel op de spaakplaat van schijf voor het spuitgieten van titaniumlegering
Met 5MHz, 7°, 10mmx10mmx2 gecombineerde rechte sonde met dubbel kristal (contactmethode), grote diameter wateronderdompeling focusserende sonde (wafeldiameter 50mm, brandpuntskolomdiameter 3,2mm), enz. kan worden gevonden als Φ0.8mm diameter vlakke bodem gat equivalent van een enkel gereflecteerd signaal, maar bij gebruik van een hogere frequentie en een kleine diameter wafer probe sondering, het gereflecteerde signaal amplitude aanzienlijk verminderd, na dissectie op de lage vergroting prestaties Na dissectie, verschijnt het als een heldere lijn, ongeveer 25 mm lang, en als een geaggregeerde langwerpige α weefsel op hoge vergroting.

Langwerpig alfa-weefsel x100
Naarmate de toepassing van titanium legering blijft bevorderen, meer en meer ter vervanging van de stalen belangrijke dragende onderdelen (zoals de Verenigde Staten is gebruikt in de burgerluchtvaart met een gewicht van meer dan een ton van grote titanium legering vliegtuig structurele smeedstukken), zal de metallurgische kwaliteitseisen steeds hoger, vooral het gebruik van ultrasone inspectie technologie om de metallurgische kwaliteit van titanium legering smeedstukken controle, evenals ultrasone respons en titanium legering microstructuur, mechanische eigenschappen van de relatie tussen de drie aspecten van onderzoek is er nog steeds Er is veel diepgaand werk te doen.
Auteur: Jizhen Xia