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      鈦合金精密切片比斷口與金相特征的相關性研究

      鈦合金精密切片比斷口與金相特征的相關性研究

      W. R. KERR, D. EYLON, AND J. A. HALL


      下面示例中的劈裂樣面大約為0.1毫米。該技術在0.05毫米以下的環境下很容易應用,稱為follows。使用放大10到200倍的掃描電子顯微鏡(SEM)定位并拍攝待研究的斷裂特征。使用光學立體顯微鏡(10至80倍),在靠近缺陷處的切片線上涂堵漆。用低速金剛石鋸將試樣平行于這條線。從切割表面到缺陷的距離(圖1)是用工具制造商的顯微鏡或用立體顯微鏡下的標尺(以0.05 mm的增量為刻度)或從已知放大倍數的掃描電子顯微鏡(SEM)照片測量的。然后,在一個標準的透明金屬蝕刻器中,將試樣表面切割下來,并測量該蝕刻器的厚度。根據從切割面到缺陷的測量距離,在240粒碳化硅紙上從試樣上磨掉適量。在最粗的紙上的磨削在距離測量距離約0.05 mm處停止,因為經驗表明這是在隨后的精細磨削和拋光中去除的厚度。最后拋光后,試樣用Krolls試劑蝕刻。因此,有可能獲得骨折的SEM照片和底層結構的光學顯微照片。這種方法在確定Ti-6Al-6V-2Sn粉末壓實的拉伸試樣和軋制的Ti-6A1-4V疲勞試樣中出現劈裂樣斷裂面的原因時非常有用。


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      Fig. 1—斷口表面切割Ti-6Al~6V-2Sn粉末致密拉伸試樣,斷口附近用箭頭標記。


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      Fig. 2—圖1中箭頭所示的斷口特征。線標志著金相切片的平面。

       

      由于鈦對大多數常見元素具有較高的溶解度,由于熔煉是用高純度材料和多次真空電弧熔煉完成的,所以很少出現夾雜型缺陷。然而,由于鈦粉被不熔化的外來顆粒包裹,鈦粉容易產生夾雜缺陷。圖2是Ti- 6A1-6V- 2Sn粉末致密拉伸試樣斷口處的掃描電子顯微圖,斷口處的韌性明顯低于圖1箭頭所示的韌性區域200倍。圖3(a)顯示了金相交叉探針分析顯示中心核心是鈦的氧化物。包裹體周圍的alpha相體積分數較大(圖3(b))是高溫處理過程中氧擴散的alpha穩定作用的結果。

      圖4顯示了在類似粉體的斷口表面觀察到的第二種類型的缺陷。如圖5(G)所示,該缺陷是由形成包涵體引起的。這是明顯的從幾乎完全缺乏主要α在該地區周圍?ing缺陷(圖50))。微探針分析這一領域顯示高濃度的鐵鐵素體不銹鋼和鉻污染指示。這種污染導致高度穩定的貝塔區。

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      (a)

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      (b)

      Fig. 3—(a)缺陷和圖2中斷裂特征的微觀結構。


      對于粉末致密體,通過將裂縫表面與許多似裂面金相相關聯,僅從裂縫表面的外觀就可以確定包裹體的類型。β形成污染物的特點是一個非常平坦cleavage-like區和裂縫垂直于斷裂表面(圖4)。氧化鈦夾雜物缺陷是char?acterized由中央核心和一些裂縫(圖2)。粉末壓塊包含這些缺陷顯示60 pct減少拉伸相比,粉末壓塊相同的合金由一個不同的過程中避免此類夾雜物。由于含有包裹體的粉末具有較高的間隙含量,這也會降低延展性,因此很難對僅僅由于缺陷造成的減少進行精確的定量評估。然而,很明顯,識別來源和消除夾雜是實現可接受的拉伸延展性的重要的第一步

      在另一個例子一個小小的cleavage-like方面被確定為斷裂表面上的起始位點Ti-6A1-4V滾,round-notched,疲勞試樣(圖6)。這個標本βtransus附近的熱處理溫度和空氣冷卻爐導致一個完全改變了結構的α血小板殖民地和小體積分數的主要α顆粒(圖7)。在循環加載條件下

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      Fig. 4—Ti-6A1- 6V-2Sn粉末致密拉伸試樣中出現的另一種裂隙狀斷裂。線標志著金相切片的平面


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      Fig. 5—(a)缺陷,(b)圖4中斷口形態的微觀結構。

       

      (最大應力= 310 MN, R = 0.1),該試件的疲勞壽命僅為相同條件下其他試件的0.05。圖7顯示了在圖6中所示的線中,裂解狀起始位點和鄰近區域的微觀結構??梢钥闯?,疲勞破壞開始于一個非常直的裂紋,完全穿過一個異常大的具有相似取向的血小板集落。從以前對Ti -11,IMI-68和Ti-6A1-4V的研究可知,剪切帶可以沿垂直或接近垂直于板長軸的方向在針狀血小板菌落中發育和傳播。疲勞裂紋擴展試驗表明,這些剪切帶是疲勞裂紋的首選路徑,它們將很快穿過菌落。缺口根部區域的巨大菌落的存在導致了與菌落大小相同的裂縫的迅速形成。在Ti-6A1-4V中心缺口的疲勞試樣中,之前的工作表明,對于這種類型的組織,超過95%的疲勞壽命是在開始0.5 mm的裂紋。該解理區域的存在,在非常少的循環中發展,因此解釋了95%的疲勞壽命降低了該試樣。

      這種切片技術已被證明是一種很有價值的工具,可以根據裂縫的微觀結構特征來理解裂縫表面異常,并對缺陷的來源和消除提供見解。


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