专利名称：一种低倍腐蚀检查钛合金叶片冶金质量的方法
技术领域：
本发明涉及钛合金叶片冶金质量的判定领域，特别提供了一种低倍腐蚀检查钛合
金叶片冶金质量的方法。
背景技术：
流线是锻件在锻造过程中，金属材料方向性变形迹线的集合在低倍腐蚀时表现出 的规律性花纹。目前对于钛合金叶片流线资料很少，流线与显微组织、力学性能、使用性能 的联系尚不清楚，对于发动机的可靠性是一个盲区，及早做出分析判断是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的是为了对钛合金锻件性能的及早了解，特提供了一种低倍腐蚀检查 钛合金叶片冶金质量的方法。 本发明提供了一种低倍腐蚀检查钛合金叶片冶金质量的方法，其特征在于所 述的低倍腐蚀检查钛合金叶片冶金质量的方法包括，在叶片成形工艺过程中包括挤杆、 镦头、预锻、等温成形、等温校正、热处理、机械加工、低倍腐蚀；真空热处理双重退火，在
900°C 92(TC加热，保温，按最大截面计算保温时间；充氩气冷却；在550°C 65(TC加热， 保温4h 8h，充氩气冷却；机械加工方式数控加工；低倍腐蚀槽液为HF(42% ) 120ML/L、 HN03(65% 68% )260ML/L、H3P04(85% )160ML/L、尿素25g/L、其它为水;
如果以均匀的等轴a相组织为理想状态的组织的话，那么不同颜色衬度的低倍 形貌所对应的异类显微组织或多或少都会危害叶片的整体性能，根据它们的组织类型、存 在位置和区域大小来判定，危害性按照大小顺序依次为白色斑点形貌即片层a相组织、 较直的亮条纹形貌"绝热剪切带"，比正常等轴a相晶粒尺寸小得多的细晶等轴a相组织 和水流状暗条纹形貌，比正常等轴a相晶粒尺寸稍小的细晶等轴a相组织，如果前两种组 织在叶片中被允许的话，那么水流状暗条纹细晶区是可以接受的，因此，评判叶片合格性的 重点放在是否允许片层a相组织区和"绝热剪切带"细晶区的存在。 所述的低倍腐蚀检查钛合金叶片冶金质量的方法为，(1)若能将原始棒料改为等 轴a相组织，则可以从根本上避免变形死区中残留片层组织；如果原始棒料为魏氏组织， 同时应增大最终的加工余量； (2)预锻时，选择合适的玻璃润滑剂，以减小坯料表面的冷却速度和改善上下模润 滑条件，充分预热锻模、夹钳等与坯料直接接触的工具；增加预锻工步，每步都重新清理材 料表面和涂润滑剂； (3)增加等温锻的工步，每步都重新清理材料表面和涂润滑剂，以改善由于坯料与 模具接触的面积增加而下降的润滑性，减轻"绝热剪切带"和水流状暗条纹等轴a相细晶 区。 锻造工艺参数中，挤杆、镦头加热温度(Te-55)°C 士l(TC，其中Te为材料的相 变点，变形量在25% -50% ;锻件表面涂玻璃润滑剂，模具表面喷水基石墨润滑剂；预锻
3加热温度(Te-35)°C 士1(TC，变形量在25X -50% ;锻件表面涂玻璃润滑剂，模具表面 喷水基石墨润滑剂；等温锻成形(Te-65)°C 士1(TC，变形量在25X _50%，模具温度同 等温锻成形加热温度，锻件表面涂玻璃润滑剂，模具表面喷水基石墨润滑剂；等温校正
(Te-75)°C 士1(TC，对叶身进行校形，无变形，模具温度同等温校正加热温度，锻件表面涂玻 璃润滑剂。
总结如下 (1)宽的亮条纹为等轴a相组织，晶粒尺寸与正常的等轴组织区相比要小得多， 在横剖面上细晶区一般为"^"形或"X"形面，它们的端面在表面上表现为两条条纹，因此 宽亮的细晶条纹在盆面和/或背面上一般成对出现； (2)低倍形貌特征是密布的白色斑点状的，其显微组织中的a相球化不完全，甚 至有的存在片层组织和晶界a相，这种组织大多存在于叶身轴线附近的表面区域。
综合考虑叶片的低倍形貌和显微组织，造成叶身低倍腐蚀后颜色衬度不均匀的直 接原因是显微组织和晶粒尺寸的差异，其根本原因是各个位置的变形不均匀。叶身轴线附 近表面区域的白色斑点区以片层组织为主，盆面上成对出现的亮条纹为与正常的等轴组织 区相比晶粒尺寸小得多等轴a相细晶区，在横剖面上一般为"^，，形或"X"形面。造成这 种组织分布特点的原因可能有以下几点 (1)钛合金的导热性较差，因此锻坯出炉后表面冷却快。如操作慢，就会造成较大
的内外温度差。预模锻时，坯料与上下模接触部分温度进一步降低且摩擦力较大，形成了难
变形区，难变形区是很难避免的，这是叶身轴线附近表面区域存在片层组织的主要原因；(2)预模锻时，材料在最大切应力方向(与压力呈45。方向)最容易变形，快速变
形使得局部区域温度升高来不及传导到其它区域，这又使得这一区域变形更加容易，二者
相互促进，使得局部区域变形量大大增加，通常这一区域被称为"绝热剪切带"，在锻棒横截
面上形成对称的"X"形，这是形成"^"形或"X"形细晶带的主要原因，单道次变形量越大，
这种现象越明显。 本发明的优点 本发明所述的低倍腐蚀检查钛合金叶片冶金质量的方法，通过制定标准图片，作 为低倍腐蚀检查判定的依据，从而节省了叶片解剖的费用，縮短了叶片判定的周期，同时完 善了锻件技术标准，提高了生产效率。
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明 图1为表面无明显的线状或带状条纹，局部区域有密布的细小白色斑点的叶片表 面图片； 图2为表面具有较宽的平直带状条纹和密布的细小白色斑点区的叶片表面图片。
具体实施方式
实施例1 本实施例提供了一种低倍腐蚀检查钛合金叶片冶金质量的方法，其特征在于所 述的低倍腐蚀检查钛合金叶片冶金质量的方法包括，在叶片成形工艺过程中包括挤杆、镦头、预锻、等温成形、等温校正、热处理、机械加工、低倍腐蚀；真空热处理双重退火，
在90(TC加热，保温，按最大截面计算保温时间；充氩气冷却；在55(TC加热，保温4h，充 氩气冷却；机械加工方式数控加工；低倍腐蚀槽液为HF(42 % ) 120ML/L、腦3(65% 68% )260ML/L、H3P04(85% ) 160ML/L、尿素25g/L、其它为水; 如果以均匀的等轴a相组织为理想状态的组织的话，那么不同颜色衬度的低倍 形貌所对应的异类显微组织或多或少都会危害叶片的整体性能，根据它们的组织类型、存 在位置和区域大小来判定，危害性按照大小顺序依次为白色斑点形貌即片层a相组织、 较直的亮条纹形貌"绝热剪切带"，比正常等轴a相晶粒尺寸小得多的细晶等轴a相组织 和水流状暗条纹形貌，比正常等轴a相晶粒尺寸稍小的细晶等轴a相组织，如果前两种组 织在叶片中被允许的话，那么水流状暗条纹细晶区是可以接受的，因此，评判叶片合格性的 重点放在是否允许片层a相组织区和"绝热剪切带"细晶区的存在。 所述的低倍腐蚀检查钛合金叶片冶金质量的方法为，(1)若能将原始棒料改为等 轴a相组织，则可以从根本上避免变形死区中残留片层组织；如果原始棒料为魏氏组织， 同时应增大最终的加工余量； (2)预锻时，选择合适的玻璃润滑剂，以减小坯料表面的冷却速度和改善上下模润 滑条件，充分预热锻模、夹钳等与坯料直接接触的工具；增加预锻工步，每步都重新清理材 料表面和涂润滑剂； (3)增加等温锻的工步，每步都重新清理材料表面和涂润滑剂，以改善由于坯料与 模具接触的面积增加而下降的润滑性，减轻"绝热剪切带"和水流状暗条纹等轴a相细晶 区。 锻造工艺参数中，挤杆、镦头加热温度(Te-55)°C 士l(TC，其中Te为材料的相 变点，变形量在25% -50% ;锻件表面涂玻璃润滑剂，模具表面喷水基石墨润滑剂；预锻 加热温度(Te-35)°C 士1(TC，变形量在25X -50% ;锻件表面涂玻璃润滑剂，模具表面 喷水基石墨润滑剂；等温锻成形(Te-65)°C 士1(TC，变形量在25X _50%，模具温度同 等温锻成形加热温度，锻件表面涂玻璃润滑剂，模具表面喷水基石墨润滑剂；等温校正
(Te-75)°C 士l(TC，对叶身进行校形，无变形，模具温度同等温校正加热温度，锻件表面涂玻 璃润滑剂。
总结如下 (1)宽的亮条纹为等轴a相组织，晶粒尺寸与正常的等轴组织区相比要小得多， 在横剖面上细晶区一般为"^"形或"X"形面，它们的端面在表面上表现为两条条纹，因此 宽亮的细晶条纹在盆面和/或背面上一般成对出现； (2)低倍形貌特征是密布的白色斑点状的，其显微组织中的a相球化不完全，甚 至有的存在片层组织和晶界a相，这种组织大多存在于叶身轴线附近的表面区域。
综合考虑叶片的低倍形貌和显微组织，造成叶身低倍腐蚀后颜色衬度不均匀的直 接原因是显微组织和晶粒尺寸的差异，其根本原因是各个位置的变形不均匀。叶身轴线附 近表面区域的白色斑点区以片层组织为主，盆面上成对出现的亮条纹为与正常的等轴组织 区相比晶粒尺寸小得多等轴a相细晶区，在横剖面上一般为"^"形或"X"形面。造成这 种组织分布特点的原因可能有以下几点 (1)钛合金的导热性较差，因此锻坯出炉后表面冷却快。如操作慢，就会造成较大的内外温度差。预模锻时，坯料与上下模接触部分温度进一步降低且摩擦力较大，形成了难 变形区，难变形区是很难避免的，这是叶身轴线附近表面区域存在片层组织的主要原因；
(2)预模锻时，材料在最大切应力方向(与压力呈45。方向)最容易变形，快速变 形使得局部区域温度升高来不及传导到其它区域，这又使得这一区域变形更加容易，二者 相互促进，使得局部区域变形量大大增加，通常这一区域被称为"绝热剪切带"，在锻棒横截 面上形成对称的"X"形，这是形成"^，，形或"X"形细晶带的主要原因，单道次变形量越大， 这种现象越明显。
实施例2 本实施例提供了一种低倍腐蚀检查钛合金叶片冶金质量的方法，其特征在于所 述的低倍腐蚀检查钛合金叶片冶金质量的方法包括，在叶片成形工艺过程中包括挤杆、 镦头、预锻、等温成形、等温校正、热处理、机械加工、低倍腐蚀；真空热处理双重退火，
在92(TC加热，保温，按最大截面计算保温时间；充氩气冷却；在65(TC加热，保温8h，充 氩气冷却；机械加工方式数控加工；低倍腐蚀槽液为:HF(42% )腦L/L、腦3(65% 68% )260ML/L、H3P04(85% ) 160ML/L、尿素25g/L、其它为水; 如果以均匀的等轴a相组织为理想状态的组织的话，那么不同颜色衬度的低倍 形貌所对应的异类显微组织或多或少都会危害叶片的整体性能，根据它们的组织类型、存 在位置和区域大小来判定，危害性按照大小顺序依次为白色斑点形貌即片层a相组织、 较直的亮条纹形貌"绝热剪切带"，比正常等轴a相晶粒尺寸小得多的细晶等轴a相组织 和水流状暗条纹形貌，比正常等轴a相晶粒尺寸稍小的细晶等轴a相组织，如果前两种组 织在叶片中被允许的话，那么水流状暗条纹细晶区是可以接受的，因此，评判叶片合格性的 重点放在是否允许片层a相组织区和"绝热剪切带"细晶区的存在。 所述的低倍腐蚀检查钛合金叶片冶金质量的方法为，(1)若能将原始棒料改为等 轴a相组织，则可以从根本上避免变形死区中残留片层组织；如果原始棒料为魏氏组织， 同时应增大最终的加工余量； (2)预锻时，选择合适的玻璃润滑剂，以减小坯料表面的冷却速度和改善上下模润 滑条件，充分预热锻模、夹钳等与坯料直接接触的工具；增加预锻工步，每步都重新清理材 料表面和涂润滑剂； (3)增加等温锻的工步，每步都重新清理材料表面和涂润滑剂，以改善由于坯料与 模具接触的面积增加而下降的润滑性，减轻"绝热剪切带"和水流状暗条纹等轴a相细晶 区。 锻造工艺参数中，挤杆、镦头加热温度(Te-55)°C 士l(TC，其中Te为材料的相 变点，变形量在25% -50% ;锻件表面涂玻璃润滑剂，模具表面喷水基石墨润滑剂；预锻 加热温度(Te-35)°C 士1(TC，变形量在25X -50% ;锻件表面涂玻璃润滑剂，模具表面 喷水基石墨润滑剂；等温锻成形(Te-65)°C 士1(TC，变形量在25X _50%，模具温度同 等温锻成形加热温度，锻件表面涂玻璃润滑剂，模具表面喷水基石墨润滑剂；等温校正
(Te-75)°C 士l(TC，对叶身进行校形，无变形，模具温度同等温校正加热温度，锻件表面涂玻 璃润滑剂。 总结如下 (1)宽的亮条纹为等轴a相组织，晶粒尺寸与正常的等轴组织区相比要小得多，在横剖面上细晶区一般为"^"形或"X"形面，它们的端面在表面上表现为两条条纹，因此 宽亮的细晶条纹在盆面和/或背面上一般成对出现； (2)低倍形貌特征是密布的白色斑点状的，其显微组织中的a相球化不完全，甚 至有的存在片层组织和晶界a相，这种组织大多存在于叶身轴线附近的表面区域。
综合考虑叶片的低倍形貌和显微组织，造成叶身低倍腐蚀后颜色衬度不均匀的直 接原因是显微组织和晶粒尺寸的差异，其根本原因是各个位置的变形不均匀。叶身轴线附 近表面区域的白色斑点区以片层组织为主，盆面上成对出现的亮条纹为与正常的等轴组织 区相比晶粒尺寸小得多等轴a相细晶区，在横剖面上一般为""、"形或"X"形面。造成这 种组织分布特点的原因可能有以下几点 (1)钛合金的导热性较差，因此锻坯出炉后表面冷却快。如操作慢，就会造成较大 的内外温度差。预模锻时，坯料与上下模接触部分温度进一步降低且摩擦力较大，形成了难 变形区，难变形区是很难避免的，这是叶身轴线附近表面区域存在片层组织的主要原因；
(2)预模锻时，材料在最大切应力方向(与压力呈45。方向)最容易变形，快速变 形使得局部区域温度升高来不及传导到其它区域，这又使得这一区域变形更加容易，二者 相互促进，使得局部区域变形量大大增加，通常这一区域被称为"绝热剪切带"，在锻棒横截 面上形成对称的"X"形，这是形成""、"形或"X"形细晶带的主要原因，单道次变形量越大， 这种现象越明显。
实施例3 本实施例提供了一种低倍腐蚀检查钛合金叶片冶金质量的方法，其特征在于所 述的低倍腐蚀检查钛合金叶片冶金质量的方法包括，在叶片成形工艺过程中包括挤杆、 镦头、预锻、等温成形、等温校正、热处理、机械加工、低倍腐蚀；真空热处理双重退火， 在91(TC加热，保温，按最大截面计算保温时间；充氩气冷却；在60(TC加热，保温6h，充 氩气冷却；机械加工方式数控加工；低倍腐蚀槽液为HF(42% ) 120ML/L、 HN03(65% 68% )260ML/L、H3P04(85% ) 160ML/L、尿素25g/L、其它为水; 如果以均匀的等轴a相组织为理想状态的组织的话，那么不同颜色衬度的低倍 形貌所对应的异类显微组织或多或少都会危害叶片的整体性能，根据它们的组织类型、存 在位置和区域大小来判定，危害性按照大小顺序依次为白色斑点形貌即片层a相组织、 较直的亮条纹形貌"绝热剪切带"，比正常等轴a相晶粒尺寸小得多的细晶等轴a相组织 和水流状暗条纹形貌，比正常等轴a相晶粒尺寸稍小的细晶等轴a相组织，如果前两种组 织在叶片中被允许的话，那么水流状暗条纹细晶区是可以接受的，因此，评判叶片合格性的 重点放在是否允许片层a相组织区和"绝热剪切带"细晶区的存在。 所述的低倍腐蚀检查钛合金叶片冶金质量的方法为，(1)若能将原始棒料改为等 轴a相组织，则可以从根本上避免变形死区中残留片层组织；如果原始棒料为魏氏组织， 同时应增大最终的加工余量； (2)预锻时，选择合适的玻璃润滑剂，以减小坯料表面的冷却速度和改善上下模润 滑条件，充分预热锻模、夹钳等与坯料直接接触的工具；增加预锻工步，每步都重新清理材 料表面和涂润滑剂； (3)增加等温锻的工步，每步都重新清理材料表面和涂润滑剂，以改善由于坯料与 模具接触的面积增加而下降的润滑性，减轻"绝热剪切带"和水流状暗条纹等轴a相细晶
7区。 锻造工艺参数中，挤杆、镦头加热温度(Te-55)°C 士l(TC，其中Te为材料的相变点，变形量在25% -50% ;锻件表面涂玻璃润滑剂，模具表面喷水基石墨润滑剂；预锻加热温度(Te-35)°C 士1(TC，变形量在25X -50% ;锻件表面涂玻璃润滑剂，模具表面喷水基石墨润滑剂；等温锻成形(Te-65)°C 士1(TC，变形量在25X _50%，模具温度同等温锻成形加热温度，锻件表面涂玻璃润滑剂，模具表面喷水基石墨润滑剂；等温校正
(Te-75)°C 士1(TC，对叶身进行校形，无变形，模具温度同等温校正加热温度，锻件表面涂玻璃润滑剂。
总结如下 (1)宽的亮条纹为等轴a相组织，晶粒尺寸与正常的等轴组织区相比要小得多，在横剖面上细晶区一般为"^，，形或"X"形面，它们的端面在表面上表现为两条条纹，因此宽亮的细晶条纹在盆面和/或背面上一般成对出现； (2)低倍形貌特征是密布的白色斑点状的，其显微组织中的a相球化不完全，甚至有的存在片层组织和晶界a相，这种组织大多存在于叶身轴线附近的表面区域。
综合考虑叶片的低倍形貌和显微组织，造成叶身低倍腐蚀后颜色衬度不均匀的直接原因是显微组织和晶粒尺寸的差异，其根本原因是各个位置的变形不均匀。叶身轴线附近表面区域的白色斑点区以片层组织为主，盆面上成对出现的亮条纹为与正常的等轴组织区相比晶粒尺寸小得多等轴a相细晶区，在横剖面上一般为"^"形或"X"形面。造成这种组织分布特点的原因可能有以下几点 (1)钛合金的导热性较差，因此锻坯出炉后表面冷却快。如操作慢，就会造成较大的内外温度差。预模锻时，坯料与上下模接触部分温度进一步降低且摩擦力较大，形成了难变形区，难变形区是很难避免的，这是叶身轴线附近表面区域存在片层组织的主要原因；
(2)预模锻时，材料在最大切应力方向(与压力呈45。方向)最容易变形，快速变形使得局部区域温度升高来不及传导到其它区域，这又使得这一区域变形更加容易，二者相互促进，使得局部区域变形量大大增加，通常这一区域被称为"绝热剪切带"，在锻棒横截面上形成对称的"X"形，这是形成"^、"形或"X"形细晶带的主要原因，单道次变形量越大，这种现象越明显。
权利要求
一种低倍腐蚀检查钛合金叶片冶金质量的方法，其特征在于所述的低倍腐蚀检查钛合金叶片冶金质量的方法包括，在叶片成形工艺过程中包括挤杆、镦头、预锻、等温成形、等温校正、热处理、机械加工、低倍腐蚀；真空热处理双重退火，在900℃～920℃加热，保温，按最大截面计算保温时间；充氩气冷却；在550℃～650℃加热，保温4h～8h，充氩气冷却；机械加工方式数控加工；低倍腐蚀槽液为HF(42％)120ML/L、HNO3(65％～68％)260ML/L、H3PO4(85％)160ML/L、尿素25g/L、其它为水；如果以均匀的等轴α相组织为理想状态的组织的话，那么不同颜色衬度的低倍形貌所对应的异类显微组织或多或少都会危害叶片的整体性能，根据它们的组织类型、存在位置和区域大小来判定，危害性按照大小顺序依次为白色斑点形貌即片层α相组织、较直的亮条纹形貌“绝热剪切带”，比正常等轴α相晶粒尺寸小得多的细晶等轴α相组织和水流状暗条纹形貌，比正常等轴α相晶粒尺寸稍小的细晶等轴α相组织，如果前两种组织在叶片中被允许的话，那么水流状暗条纹细晶区是可以接受的，因此，评判叶片合格性的重点放在是否允许片层α相组织区和“绝热剪切带”细晶区的存在。
2. 按照权利要求1所述的低倍腐蚀检查钛合金叶片冶金质量的方法，其特征在于所 述的低倍腐蚀检查钛合金叶片冶金质量的方法为，(1) 若能将原始棒料改为等轴a相组织，则可以从根本上避免变形死区中残留片层组 织；如果原始棒料为魏氏组织，同时应增大最终的加工余量；(2) 预锻时，选择合适的玻璃润滑剂，以减小坯料表面的冷却速度和改善上下模润滑条 件，充分预热锻模、夹钳等与坯料直接接触的工具；增加预锻工步，每步都重新清理材料表 面和涂润滑剂；(3) 增加等温锻的工步，每步都重新清理材料表面和涂润滑剂，以改善由于坯料与模具 接触的面积增加而下降的润滑性，减轻"绝热剪切带"和水流状暗条纹等轴a相细晶区。
3. 按照权利要求1所述的低倍腐蚀检查钛合金叶片冶金质量的方法，其特征在于 锻造工艺参数中，挤杆、镦头加热温度(Te-55)t: 士l(TC，其中Te为材料的相变点，变形量在25% -50% ;锻件表面涂玻璃润滑剂，模具表面喷水基石墨润滑剂；预锻加热温度(Te-35)°C 士1(TC，变形量在25X -50% ;锻件表面涂玻璃润滑剂，模具表面喷水基石墨润 滑剂；等温锻成形(Te_65)°C ±10°〇，变形量在25%-50%，模具温度同等温锻成形加热温 度，锻件表面涂玻璃润滑剂，模具表面喷水基石墨润滑剂；等温校正(Te_75)°C 士l(TC，对 叶身进行校形，无变形，模具温度同等温校正加热温度，锻件表面涂玻璃润滑剂。
全文摘要
一种低倍腐蚀检查钛合金叶片冶金质量的方法，在叶片成形工艺过程中包括挤杆、镦头、预锻、等温成形、等温校正、热处理、机械加工、低倍腐蚀；真空热处理；低倍腐蚀槽液为HF(42％)120mL/L、HNO3(65％～68％)260mL/L、H3PO4(85％)160mL/L、尿素25g/L、其它为水；以均匀的等轴α相组织为理想状态的组织，那么不同颜色衬度的低倍形貌所对应的异类显微组织或多或少都会危害叶片的整体性能，根据它们的组织类型、存在位置和区域大小来判定。发明优点通过制定标准图片，作为低倍腐蚀检查判定依据，节省叶片解剖的费用，缩短叶片判定的周期，同时完善锻件技术标准，提高生产效率。
文档编号C22F1/18GK101782532SQ200910010228
公开日2010年7月21日 申请日期2009年1月21日 优先权日2009年1月21日
发明者关红, 史丽坤, 史凤岭, 李阁平, 杨义, 王丹, 邰清安, 郑渠英 申请人:沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司