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20 世紀開發的一種富β 的α+β 兩相鈦合金，是在Ti-6242 合金(Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo)基礎上改型而成的，這種改型合金能更充分地發揮強化效果，是一種高強度、高韌性鈦合金[2]。一直以來，國內對TC19 鈦合金的研究報道較少，幾乎無相關的科研和生產方面的資料。為了更好的提升實用性能，本文研究了某TC19 棒材的缺陷組織及成因。

1 實驗與方法

1.1 實驗材料

客戶送檢樣品為φ90×L TC19 鈦合金棒材，檢測過程中發現棒材橫截面低倍組織在1/2 半徑處有一缺陷。

1.2 實驗儀器

JSM-6460 鎢燈絲掃描電子顯微鏡。

ZEISS Observer.A1m 光學金相顯微鏡觀。

Via-F 數顯維氏硬度試驗機。

2 實驗結果與分析

2.1 宏觀檢驗

棒材橫截面低倍組織宏觀形貌見圖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，進行金相顯微組織觀察，棒材橫截面基體顯微組織形貌見圖2，缺陷顯微組織形貌見圖3。

圖2 棒材橫截面基體顯微組織形貌

圖3 棒材橫截面缺陷區域顯微組織形貌

由下圖可以看出，基體顯微組織為β 轉變基體上等軸α 相組織和析出的細小的次生條狀α相組織。而缺陷處存在兩個不規則形狀的黑塊，黑塊與基體的邊界清晰，組織變化過度明顯，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 相呈長條狀和等軸狀，該區域組織異常。

2.3 掃描電鏡形貌和能譜分析結果

對該棒材缺陷處在掃描電鏡下進行形貌觀察，缺陷的掃描電鏡形貌見圖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不規則形狀夾雜物。

圖4 棒材橫截面缺陷的掃描電鏡形貌

對夾雜物，夾雜物附近異常組織區域和基體進行能譜分析，分析結果依次見圖5～圖8 以及表1～表4?？梢钥闯鋈毕輩^域夾雜物質富含氣體元素O、C，另外還含有Ca、Mg、Al、Fe、Na、Si等金屬雜質，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 夾雜物能譜分析結果（1）

圖5 夾雜物能譜分析結果（1）

表2 夾雜物能譜分析結果（2）

圖6 夾雜物能譜分析結果（2）

表3 粗大α 區域能譜分析結果

表4 基體區域能譜分析結果

圖7 粗大α 區域能譜分析結果

圖8 基體區域能譜分析結果

2.4 顯微硬度分析

對缺陷附近異常組織區域和基體分別測試顯微硬度，測試結果見表5。可見異常區域硬度值遠高于基體。

表5 顯微硬度測試結果

3 結論

缺陷由夾雜物和異常組織區域組成。

經能譜分析可得出：夾雜物是由金屬氧化物構成，金屬氧化物含氣體元素C 和Ca、Mg、Na、Si 等金屬雜質。異常組織區域主體元素Al、Zr、Sn 比基體區域略低，但硬度值遠大于基體硬度值，因此異常組織區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程中該處氧、碳元素富集形成的。該異常區域在金屬氧化物夾雜旁，該區域的氧和碳應該是熔煉過程中，夾雜物的局部熔化提供的。

結論：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）。