TC19 棒材橫截面低倍組織缺陷分析

李尚霖，馬紅征

（西安漢唐分析檢測(cè)有限公司，陜西 西安 710000）

TC19 鈦合金名義成分為Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo，屬于馬氏體α+β 型鈦合金[1]。是美國(guó)20 世紀(jì)開(kāi)發(fā)的一種富β 的α+β 兩相鈦合金，是在Ti-6242 合金(Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo)基礎(chǔ)上改型而成的，這種改型合金能更充分地發(fā)揮強(qiáng)化效果，是一種高強(qiáng)度、高韌性鈦合金[2]。一直以來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)TC19 鈦合金的研究報(bào)道較少，幾乎無(wú)相關(guān)的科研和生產(chǎn)方面的資料。為了更好的提升實(shí)用性能，本文研究了某TC19 棒材的缺陷組織及成因。

1 實(shí)驗(yàn)與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

客戶送檢樣品為φ90×L TC19 鈦合金棒材，檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)棒材橫截面低倍組織在1/2 半徑處有一缺陷。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

JSM-6460 鎢燈絲掃描電子顯微鏡。

ZEISS Observer.A1m 光學(xué)金相顯微鏡觀。

Via-F 數(shù)顯維氏硬度試驗(yàn)機(jī)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 宏觀檢驗(yàn)

棒材橫截面低倍組織宏觀形貌見(jiàn)圖1，圖中方框位置有一缺陷，恰好處于棒材橫截面1/2R 處。

圖1 棒材橫截面低倍組織形貌

2.2 顯微組織

在該TC19 棒材橫截面缺陷處取金相高倍試樣，進(jìn)行金相顯微組織觀察，棒材橫截面基體顯微組織形貌見(jiàn)圖2，缺陷顯微組織形貌見(jiàn)圖3。

圖2 棒材橫截面基體顯微組織形貌

圖3 棒材橫截面缺陷區(qū)域顯微組織形貌

由下圖可以看出，基體顯微組織為β 轉(zhuǎn)變基體上等軸α 相組織和析出的細(xì)小的次生條狀α相組織。而缺陷處存在兩個(gè)不規(guī)則形狀的黑塊，黑塊與基體的邊界清晰，組織變化過(guò)度明顯，可以判斷出黑塊即為非致密的夾雜物，非金屬夾雜物附近區(qū)域組織為粗大的白色亮塊和粗大的初生α 相組織，粗大的初生α 相呈長(zhǎng)條狀和等軸狀，該區(qū)域組織異常。

2.3 掃描電鏡形貌和能譜分析結(jié)果

對(duì)該棒材缺陷處在掃描電鏡下進(jìn)行形貌觀察，缺陷的掃描電鏡形貌見(jiàn)圖4。由缺陷的掃描電鏡形貌可以更清晰的看到缺陷處存在兩個(gè)不規(guī)則形狀?yuàn)A雜物。

圖4 棒材橫截面缺陷的掃描電鏡形貌

對(duì)夾雜物，夾雜物附近異常組織區(qū)域和基體進(jìn)行能譜分析，分析結(jié)果依次見(jiàn)圖5～圖8 以及表1～表4?？梢钥闯鋈毕輩^(qū)域夾雜物質(zhì)富含氣體元素O、C，另外還含有Ca、Mg、Al、Fe、Na、Si等金屬雜質(zhì)，可以確定夾雜物即為金屬氧化物；而夾雜物附近異常組織區(qū)域的鈦合金主體元素Al、Zr、Sn 較基體相比含量還略低。

表1 夾雜物能譜分析結(jié)果（1）

圖5 夾雜物能譜分析結(jié)果（1）

表2 夾雜物能譜分析結(jié)果（2）

圖6 夾雜物能譜分析結(jié)果（2）

表3 粗大α 區(qū)域能譜分析結(jié)果

表4 基體區(qū)域能譜分析結(jié)果

圖7 粗大α 區(qū)域能譜分析結(jié)果

圖8 基體區(qū)域能譜分析結(jié)果

2.4 顯微硬度分析

對(duì)缺陷附近異常組織區(qū)域和基體分別測(cè)試顯微硬度，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5?？梢?jiàn)異常區(qū)域硬度值遠(yuǎn)高于基體。

表5 顯微硬度測(cè)試結(jié)果

3 結(jié)論

缺陷由夾雜物和異常組織區(qū)域組成。

經(jīng)能譜分析可得出：夾雜物是由金屬氧化物構(gòu)成，金屬氧化物含氣體元素C 和Ca、Mg、Na、Si 等金屬雜質(zhì)。異常組織區(qū)域主體元素Al、Zr、Sn 比基體區(qū)域略低，但硬度值遠(yuǎn)大于基體硬度值，因此異常組織區(qū)域是氣體元素富集形成的硬夾雜和粗大的塊狀α。

缺陷組織的形成是在熔煉過(guò)程中該處氧、碳元素富集形成的。該異常區(qū)域在金屬氧化物夾雜旁，該區(qū)域的氧和碳應(yīng)該是熔煉過(guò)程中，夾雜物的局部熔化提供的。

結(jié)論：缺陷是金屬氧化物夾雜物和氧、碳富集形成硬夾雜和硬偏析（粗大初生α 相）。