钛合金锻件的缺陷及防治方法

钛合金锻造时，由于工艺规范不当，原材料质量控制不严等原因，锻件可能会存在各种缺陷。常见的缺焰有以下几种：

（1）β脆性β脆性是由于锻件过热引起的。α和（α+β）钛合金，尤其是（α+β）钛合金，如果锻造加热温度过高，超过了其β转变温度，致使锻件低倍组织晶粒大，呈等轴状；显微组织中α相沿粗大的原始β晶粒的晶界及晶内呈条状析出。结果是锻件在室温下的塑性降低，这种现象叫β脆性。

钛合金锻件的过热缺陷不能通过热处理的方法来修复，而必须通过再次加热到β转变温度以下（如果锻件允许）进行塑性变形才能修复。

为了防止过热发生，钛合金加热时，应严格控制炉温，定期测定炉膛合格区温度，合理安排装料位和装料量不能大多。采用电阻加热时，炉膛两侧要设置挡板，以免坯料过分接近碳化硅棒而引起过热。检测各炉号合金的实际β转变温度，也是防止过热的有效措施。

（2）局部粗晶 在锤上或压力机上模锻时，由于钛合金的导热性较差，坯料表层与模具接触过程中温度降低很多，加上坯料表面与模具上下模间摩擦的影响，坯料中间部分受到强烈变形，表面变形程度小，使原材料的组织保留下来，就形成新局部粗晶。

为了避免钛合金局部粗晶缺陷，可采取如下措施：采用预锻工序，使终锻时变形均匀；加强润滑，改善坯料与模具间的摩擦；充分预热模具，以减少坯料在锻造过程的温度下降。

（3）裂纹 钛合金锻造表面裂纹主要是终锻温度低于钛合金的充分再结晶温度时产生的。在模锻过程中，坯料与模具接触时间过长，由于钛合金的导热性差，容易引起坯料表面冷却到低于允许的终锻温度，也会引起锻件表面裂纹。为控制裂纹的发生，在压力机上模锻时，可采用玻璃润滑剂，或在锤上锻造时，尽量缩短坯料同下模的接触时间。

（4）残留铸造组织 锻造钛合金铸锭时，如果锻造比不够大或锻造方法不当，锻件会残留下铸造组织。解决此缺陷的方法就是增大锻造比和采用反复镦拨。

（5）亮条 所谓钛合金锻件中的亮条，是存在于低倍组织中的一条条具有异样光亮度的肉眼可见的带。由于光照角度的差异，亮条可以比基体金属亮，也可比基体金属暗。在横断面上，它呈点状或片状；在纵断面上，则为平滑长条，其长度从十多毫米到数米不等。产生亮条的原因主要有两个：一是钛合金化学成分偏析，二是锻造过程的变形热效应。(www.xing528.com)

亮条对钛合金的性能有一定影响，特别是对塑性和高温性能影响较大。防止亮条出现的措施是严格控制冶炼中化学成分的偏析；正确选择锻造热力规范（加热温度、变形程度、变形速度等），以避免锻件各处温度因变形热效应而相差太大。

（6）α脆化层 α脆化层主要是钛合金在高温时氧和氮通过疏松的氧化皮，向金属内部扩散，使表层金属的氧和氮的含量增加，从而使表层组织中α相的数量增多。当表层金属的氧和氮含量达到一定数值后，表层组织就可能完全由α相所组成。这样钛合金的表面就形成了α较多或完全为α相的表层。这种α相构成的表面层，通常称为α脆化层。钛合金坯料表面的α脆化层过厚，锻造时可能导致坯料开裂。

α脆化层的厚度与锻造或热处理时使用加热炉类型、炉内气体性质、毛坯或零件的加热温度和保温时间密切相关。随加热温度升高、保温时间的增长厚度增加；随炉气中氧和氮含量的增多而加厚。因此，为了避免这种脆化层过厚，对锻造或热处理的加热温度、保温时间以及炉气性质等，必须加以适当控制。

α、β以及（α+β）钛合金都可能形成α脆化层。但α钛合金对形成α脆化层特别敏感，而β钛合金要在加热到980℃以上才会形成α脆化层。

（7）氢脆 氢脆有两种类型：应变时型和氢化物型。处于晶格间隙内的氢原子在应力作用下，经过一定时间扩散聚集到应力集中的缺口处。由于氢原子与位错的交互作用使位错被钉住，不能自由运动，从而使基体变脆的现象叫做应变时效型氢脆。高温下溶入固溶体的氢，随温度下降以氢化物形式析出，而使钛合金变脆的现象就叫做氢化物型氢脆。这两种类型的氢脆，在钛和钛合金中都可能出现。

氢脆问题是钛合金中氢含量超标引起的。因此，工业钛合金中要求氢含量必须控制在0.015%以内。

为了防止或减少氢脆，锻造或热处理时应使炉子略带氧化性气氛，对于氢含量超过规定以及重要的钛合金零件，可进行真空退火，以消除氢脆。