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界FRINGE在钛合金检测中的应用

发表时间:2022-11-25      点击次数:854




钛合金指的是多种用钛与其他金属制成的合金金属。

钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属,钛及钛合金具有密度小、高比强度、耐高温、耐低温、耐腐蚀、可焊、无磁、生物相容性好等综合优点,是三大轻金属(Al、Mg、Ti)中强度最高、耐热性最好、耐腐蚀好材料,被广泛应用于航空、航天、舰船、兵器、化工等领域。




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钛合金分类
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钛是同素异构体,熔点为1720℃,在低于882℃时呈密排六方晶格结构,称为α钛;在882℃以上呈体心立方品格结构,称为β钛。利用钛的上述两种结构的不同特点,添加适当的合金元素,使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金。


01
α钛合金

α钛合金的组织为单相α固溶体。主要加入α相稳定元素Al及中性元素Sn和Zr,以固溶强化α相。α钛合金的主要优点是焊接性能好,组织稳定,抗蚀性高;缺点是强度低,热加工性能差,且不能进行热处理强化。

02
β钛合金

β钛合金的组织为单相β固溶体,其主要合金元素为Cr、Mo、Mn、Fe、V等β稳定元素。β钛合金在室温和高温下的晶体结构均为体心立方,具有良好的塑性,在淬火状态下具有很好的冷成形性能。

β钛合金可以进行热处理强化,经时效强化后兼有高的屈服强度和断裂韧性,淬透性高,可使大尺寸零件热处理后得到均匀的高强度。但缺点是密度大,弹性模量低。

03
α+β钛合金

α+β钛合金是双相合金,具有良好的综合性能,组织稳定性好,有良好的韧性、塑性和高温变形性能,能较好地进行热压力加工,能进行淬火、时效使合金强化。热处理后的强度约比退火状态提高50%~100%;高温强度高,可在400℃~500℃的温度下长期工作,其热稳定性次于α钛合金。


三种钛合金中常用的是α钛合金和α+β钛合金;α钛合金的切削加工性最好,α+β钛合金次之,β钛合金最差。α钛合金代号为TA,β钛合金代号为TB,α+β钛合金代号为TC(GB/T3620.1-2016钛及钛合金牌号和化学成分)。




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XRD在钛合金检测中的应用
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X射线衍射(XRD)是材料领域研究的一个不可少的工具,不论是对未知物质的晶体结构解析,还是对多相混合物的物相进行鉴定,XRD都发挥了不可缺的作用。

钛合金通过处理工艺可以获得不同的相组成和组织,以达到不同的性能特征。使用X射线衍射仪可以很好地来获取钛合金的物相组成及含量比例,为钛合金合成工艺、加工工艺等技术路线提供有利的数据支撑。




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应用案例
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使用界FRINGE桌面式X射线衍射仪对BS-T-5A样品进行物相分析。

第二

BS-T-5A样品图片

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美国标样BS-T-5A化学成分


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国标TC-4(Ti-6Al-4V)成分


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物相鉴定


钛合金BS-T-5A在界FRINGE上测试前的安装展示图


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CrystalX软件展示的钛合金BS-T-5A的物相定量结果


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结论


从BS-T-5A钛合金化学成分表中可以清楚地知道其含有6.33%Al和4.1%V,化学成分与国标TC-4(Ti-6Al-4V)化学成分相近,从钛合金牌号命名规则(GB/T3620.1-2016钛及钛合金牌号和化学成分)上来看,其为α+β钛合金。其中α钛合金的组织为密排六方结构的单相α固溶体,加入α相稳定元素Al。β钛合金的组织为体心立方的单相β固溶体,加入β相稳定元素V。

另外从浪声的桌面式射线衍射仪界FRINGE测试分析来看:BS-T-5A钛合金由58.83%α-Ti和41.17%的β-Ti组成,这与BS-T-5A钛合金中含有的6.33%Al和4.1%V这一元素比例关系高度一致。