TC19 棒材横截面低倍组织缺陷分析
2021-07-21李尚霖马红征
李尚霖，马红征
（西安汉唐分析检测有限公司，陕西 西安 710000）
TC19 钛合金名义成分为Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo，属于马氏体α+β 型钛合金[1]。是美国20 世纪开发的一种富β 的α+β 两相钛合金，是在Ti-6242 合金(Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo)基础上改型而成的，这种改型合金能更充分地发挥强化效果，是一种高强度、高韧性钛合金[2]。一直以来，国内对TC19 钛合金的研究报道较少，几乎无相关的科研和生产方面的资料。为了更好的提升实用性能，本文研究了某TC19 棒材的缺陷组织及成因。
1 实验与方法
1.1 实验材料
客户送检样品为φ90×L TC19 钛合金棒材，检测过程中发现棒材横截面低倍组织在1/2 半径处有一缺陷。
1.2 实验仪器
JSM-6460 钨灯丝扫描电子显微镜。
ZEISS Observer.A1m 光学金相显微镜观。
Via-F 数显维氏硬度试验机。
2 实验结果与分析
2.1 宏观检验
棒材横截面低倍组织宏观形貌见图1，图中方框位置有一缺陷，恰好处于棒材横截面1/2R 处。
图1 棒材横截面低倍组织形貌
2.2 显微组织
在该TC19 棒材横截面缺陷处取金相高倍试样，进行金相显微组织观察，棒材横截面基体显微组织形貌见图2，缺陷显微组织形貌见图3。
图2 棒材横截面基体显微组织形貌
图3 棒材横截面缺陷区域显微组织形貌
由下图可以看出，基体显微组织为β 转变基体上等轴α 相组织和析出的细小的次生条状α相组织。而缺陷处存在两个不规则形状的黑块，黑块与基体的边界清晰，组织变化过度明显，可以判断出黑块即为非致密的夹杂物，非金属夹杂物附近区域组织为粗大的白色亮块和粗大的初生α 相组织，粗大的初生α 相呈长条状和等轴状，该区域组织异常。
2.3 扫描电镜形貌和能谱分析结果
对该棒材缺陷处在扫描电镜下进行形貌观察，缺陷的扫描电镜形貌见图4。由缺陷的扫描电镜形貌可以更清晰的看到缺陷处存在两个不规则形状夹杂物。
图4 棒材横截面缺陷的扫描电镜形貌
对夹杂物，夹杂物附近异常组织区域和基体进行能谱分析，分析结果依次见图5～图8 以及表1～表4。可以看出缺陷区域夹杂物质富含气体元素O、C，另外还含有Ca、Mg、Al、Fe、Na、Si等金属杂质，可以确定夹杂物即为金属氧化物；而夹杂物附近异常组织区域的钛合金主体元素Al、Zr、Sn 较基体相比含量还略低。
表1 夹杂物能谱分析结果（1）
图5 夹杂物能谱分析结果（1）
表2 夹杂物能谱分析结果（2）
图6 夹杂物能谱分析结果（2）
表3 粗大α 区域能谱分析结果
表4 基体区域能谱分析结果
图7 粗大α 区域能谱分析结果
图8 基体区域能谱分析结果
2.4 显微硬度分析
对缺陷附近异常组织区域和基体分别测试显微硬度，测试结果见表5。可见异常区域硬度值远高于基体。
表5 显微硬度测试结果
3 结论
缺陷由夹杂物和异常组织区域组成。
经能谱分析可得出：夹杂物是由金属氧化物构成，金属氧化物含气体元素C 和Ca、Mg、Na、Si 等金属杂质。异常组织区域主体元素Al、Zr、Sn 比基体区域略低，但硬度值远大于基体硬度值，因此异常组织区域是气体元素富集形成的硬夹杂和粗大的块状α。
缺陷组织的形成是在熔炼过程中该处氧、碳元素富集形成的。该异常区域在金属氧化物夹杂旁，该区域的氧和碳应该是熔炼过程中，夹杂物的局部熔化提供的。
结论：缺陷是金属氧化物夹杂物和氧、碳富集形成硬夹杂和硬偏析（粗大初生α 相）。
