TB6钛合金名义成分为Ti-10V-2Fe-3Al,是一种近β型钛合金

，拥有断裂韧性好、相对密度幼、耐侵蚀、热不变性好蹬着点[1],宽泛利用于航空航天领域,如造作主起落架、横梁、滑轨、接优等零部件。由于航空航天类产品的机能靠得住性为国度沉工关键性指标,同时由于零件加工的特殊要求及使用工况的极端的刻薄要求2

，因而对其产品的齐全性要求极为严格。

超声波检测技术作为一种通例无损检测步骤

，宽泛利用于航空航天、特种设备、核电等领域。其通过声波与被检物料之间的相互作用

，对被检物料内部组织结构特点和力学机能变动进行表征和检测

，进而通过其特定的工况要求进行评价的步骤。对于TB6钛合金资料显微组织特点与超声探伤特点关系的钻研

，目前文件中并未存在系统性钻研。近年来

，学者们论述了其他钛合金微观组织与超声波特点信号之间的关系。同时也揭示有关钛合金资料组织对超声波探伤的影响机理

，并通过对资料进行不粉碎处置

，进而对资料噪声水平和声波衰减进行钻研

，获得钛合金资料的内部组织均匀性信息[3]。文件[4]提到

，超声波探伤噪声水平并非反映资料显微组织的曲直

，而是对资料组织不均匀的反映

，资料组织的不均匀是产生噪声的必要前提。文件[5]指出

，对于多晶体金属资料

，超声波的衰减和噪声水平与资料晶粒的弹性模量、晶粒描摹尺寸、取向关系蹬仔关。

上述文件中提到资料的微观组织不均匀等特点对超声信号特点有肯定的联系。本文在文件[6]~文件[9]的钻研基础上深刻钻研了钛合金显微组织对超声波特点信号的影响

，以TB6钛合金锻件为钻研对象

，对垂直于锻件厚度方向入射声波的衰减及声速进行测试钻研

，并结合分歧噪声水平对应截面的锻件资料内部组织凹凸倍的金相观察

，得到锻件资料α相和β晶粒的尺寸及状态散布对资料噪声水平的影响法规。从声波衰减及声速和噪声水平的角度钻研声波衰减最大幅值及噪声对TB6钛合金锻件内部组织特点散布的情况。选取光学显微镜(Optical Microscopy

，OM)

，并结合电子背散射衍射(Electron Backscatter Diffraction,EBSD)技术

，利用资料学道理论述分歧微观组织散布和晶粒取向对资料噪声水平的影响法规。通过超声波探伤步骤对TB6钛合金锻件组织中α相状态散布及β晶粒尺寸进行钻研分析

，对TB6钛合金资料加工过程及工程应器拥有沉要意思。

1、尝试资料及步骤

1.1尝试资料

尝试对象为TB6钛合金锻件,该锻件为TB6铸锭通过开坯铸造、拔长、镦粗及冲孔机加的路线

，经机加工获得的尺寸为Φ650/Φ450 mm 80 mm的饼环型R态试样

，而后在该试样上进行机加取样及尝试设计

，机加工取样尺寸及其地位关系如图1所示。

1.2尝试步骤

本钻研尝试步骤为水浸超声检测步骤

，通过垂直于被检TB6钛合金锻件资料表表进行超声波入射声束

，对锻件资料进行自动检测

，最终锻件的底面反射信号最大幅值和噪声水平通过C扫描成像的方式显示。所用波型为纵波

，HGE-5827-A型10MHz点聚焦水浸探头

，频率为10MHz。对比试块人为缺点为平底孔

，直径为0.8mm

，最后通过探伤了局中噪声水平与底波变动来评价TB6钛合金锻件内部组织变动法规

，检测步骤如图2所示。

TB6钛合金锻件资料声速及声衰减测试步骤示意如图3a所示

，入射声束1(-z方向)垂直于锻件端面

，并推算了沿轴向(z方向)的波速及声衰减系数数据。图3b展示了超声检测点测试规划

，沿径向每距离8~10mm随机取一个检测点

，在每条线上取10个检测点(P1~P10)

，测试所用超声探头频率为5MHz。

本钻研当选取脉冲反射法丈量声速

，即TB6钛合金锻件中超声波一次往复传布的旅程与功夫之比,推算公式如下:

式中: v为超声波的声速; H为 TB6钛合金锻件的厚度, mm;  T 1 和  T 2 别离是初次底波和第 2次底面底波最大幅值所对应的功夫。本钻研中声波衰减系数  α是通过初次和第 2次底面反射波的最大幅值变动来推算的

，公式如下:

式中:  B 1 为初次底波的最大幅值;  B 2 为第 2次底波的最大幅值;  δ为声波反射损失,  δ ≈  0.5 ～  1.0 dB,本钻研中声波反射损失以 0.5dB推算,未思考扩散衰减  [5]。

2、尝试了局与分析

2.1超声波检测了局与分析

对 TB6钛合金锻件进行超声检测,超声波沿锻件端面人射,图 4为 TB6钛合金锻件底波衰减检测C扫描图及底波最大幅值 A扫描图。对 TB6钛合金锻件探伤检测了局进行分析,端面方向检测时,

TB6钛合金锻件底波一致性较好,最大幅值变动较幼,批注该方向资料内部组织散布一致性较好,底波最大幅值在 85%～90%领域内颠簸,变动领域  ?  5%。

图 5为锻件噪声水平 C扫描图,其中虚线地位至TB6钛合金锻件内径区域内噪声水平趋于满屏高度的 25%～65%,其中存在多个高点异常显示,对框线地位处多个部位  (  点A ′    B ′    C ′ 和  D ′)进行 A扫描信号截取,图 6为图 5中分歧部位对应的 A扫描信号,观察到资料厚度方向约 30~50 mm领域内存在噪声信号异常区域

，最大噪声水平当量为  Φ0.8 mm ?  2 dB。批注 TB6钛合金锻件资料在该区域内的组织可能存在异常,需结合金相分析伎俩对该噪声异常部位进前进一步分析。

2.2声速及声衰减钻研

在钛合金资猜中

，声速会受到资料弹性模量的影响

，对于纯钛

，密度为ρ=4.507 g·cm-3

，超声波的纵波波速别离为:c轴方向为6332m·s-1;垂直于c轴方向为6003m·s-1[10-11]。由此可见

，超声波在分歧取向迪胙合金中声速分歧[12]。图7展示了TB6钛合金锻件端面各检测点的超声波声速数据

，通过端面测试的声速颠簸较为不变

，差距不显著。讲了然TB6钛合金锻件端面方向组织取向一致性较不变。

为了进一步探索资料超声特点与组织关系

，对锻件端面方向进行声衰减钻研。在资猜中

，引起超声波衰减的重要原因有扩散衰减、吸收衰减和散射衰减。扩散衰减与样品探测方向长度及波面状态有关

，介质吸收与质点间的内摩擦和热传导有关。本钻研中试样的分歧地位厚度靠近

，波束扩散一致

，故不思考扩散衰减。介质的吸收衰减与资料声速存在关联

，同时与超声波频率有关。本钻研中声衰减所用探头频率为5MHz、波长约为1.2mm

，故只思考声速差距的影响。同时

，结合图7可知

，各地位声速对资料吸收衰减的影响一致。散射衰减的产生与资料中分歧的晶粒界面声阻抗差距产生的狼藉反射而引起的衰减有关

，若组织尺寸远幼于波长

，对资料散射衰减的影响较幼[13]。图7还展示了TB6钛合金锻件端面各检测点的超声波衰减系数数据。通过端面测试的声衰减系数颠簸较为不变

，差距幼

，批注沿着端面方向组织尺寸差距较幼

，故障声波传布的异质界面所引起的资料散射衰减较幼

，批注该TB6钛合金锻件组织差距较幼。

2.3资料凹凸倍组织分析

TB6钛合金锻件沿厚度方向低倍组织如图8所示。区域I与区域II并未发现宏观偏析、同化、裂纹等

，区域III中存在清澈的流线走向

，并沿着锻件径向散布

，重要散布于锻件厚度方向约30~50mm领域内

，表表该锻件厚度方向存在组织偏析导致的梯度景象

，重要由铸造过程的不协调变形方式所导致[14]。区域II流线的散布对应于图6中锻件噪声水平异常区域

，批注流线的存在会导致资料超声探伤过程中超声波反射加强[15]

，进而导致资料噪声水平升高甚至影响资料锻件放行风险。该区域流线的散布贯通锻件厚度方向的30~50mm领域

，且未有崎岖、旋转的景象存在。因而

，对应于图4中TB6钛合金锻件底波衰减水平一致

，该端面底波衰减C扫描均匀散布。

为了进一步分析TB6钛合金锻件超声特点信号与资料组织中相散布及描摹尺寸之间联系[16]

，通过对锻件厚度方向3个分歧区域(区域I、II和III)进行高倍取样分析

，图9为分歧区域SEM图及a相尺寸统计图。分歧地位高倍组织中a相均匀一致

，无大块α相或团圆的晶界α相

，且α相均匀尺寸d靠近

，约为3.21~3.56μm

，未存在α相散布一致的景象。因而

，该锻件资料a相的尺寸相当

，资料组织中a相散布及描摹尺寸对超声噪声信号及衰减系数未存在显著影响。

2.4β晶粒取向分析

借助EBSD技术[17]

，基于资料学道理发展TB6钛合金锻件资猜中组织β晶粒描摹及尺寸和晶粒取向散布对超声波衰减及噪声水平影响的钻研[18-19]。图10为TB6钛合金锻件厚度方向分歧区域(区域I、II和III)的反极图(Inverse Pole Figure, IPF)及β晶粒尺寸统计图。资料锻件上表层(区域I)与区域III的低倍组织和织构存在显著差距

，由于资料在加工过程中的变形方式拥有特殊性。在铸造过程中

，对资料进行往复锤击

，资料受到锤击过程中冲击载荷的影响进而产生变形。冲击载荷重要作用于资料两向的表层区域

，且会产生平行于高低表表的切向力

，使资料表层β晶粒得到破碎。锻件表层为变形死区

，变形水平较幼

，形成等轴组织

，晶粒阐发出各项异性

，均匀尺寸为7.14μm。铸造过程产生的冲击载荷不易传递至区域III

，区域III的变形量相对表层较幼

，存在沿径向方向晶粒拉长的趋向。同时

，区域III的β晶粒尺寸比表层区域大

，均匀尺寸为8.89μm

，并且区域I在沿着垂直于铸造方向形成了强织构组织。区域II比区域III的变形量较大

，使资料β晶粒得到部吩炱碎

，均匀尺寸为8.16μm。

23.56。由此可见

，该锻件在厚度方向分歧区域的显微组织存在显著差距

，取向性逐步显著

，这是由于加工方式造成的TB6钛合金锻件分歧部位的变形量分歧而导致的。区域存在沿径向方向晶粒拉长的趋向,以及强织构取向导致的宏区效应  [19],即区域Ⅲ织构取向的差距造成了TB6钛合金锻件噪声水平的异常增大。

图11为TB6钛合金锻件厚度方向分歧区域的极图

，X为厚度方向

，Z为径向

，锻件表层(区域I)诚意部(区域III)的极密杜咨7.83增大至23.56。 由此可见, 该锻件在厚度方向分歧区域的显微组织存在显著差距, 取向性逐步显著, 这是由于加工方式造成的 TB6 钛合金锻件分歧部位的变形量分歧而导致的。 区域Ⅲ存在沿径向方向晶粒拉长的趋向, 以及强织构取向导致的宏区效应[19], 即区域Ⅲ织构取向的差距造成了 TB6 钛合金锻件噪声水平的异常增大。

3、结论

(1)TB6钛合金锻件端面方向底波一致性较好,最大幅值变动≤5%。锻件厚度方向约30～50 mm领域内存在噪声信号异常区域,最大当量为  Φ0.8 mm ?  2 dB。

(2)超声波垂直于TB6钛合金锻件流线方向人射时

，声衰减系数及声速差距较幼

，散布较均匀。

(3)TB6钛合金锻件厚度方向约 30~50 mm领域内观察到清澈的流线走向

，并沿锻件径向散布。高倍组织中  α相均匀散布

，均匀尺寸约为3.213.56μm。锻件β晶粒的均匀尺寸由表层的7.14μm增大诚意部的8.89μm

，极密杜咨表层的7.83增大诚意部的 23.56。区域 II形成了强织构组织,该景象造成了TB6钛合金锻件超声波噪声水平的异常增大。

参考文件:

[1]周松

，张新钰

，回丽

，等.含缺点的TB6钛合金委顿机能钻研和强度评估[J].热加工工艺,2021,50(12):39-43,49.

Zhou S, Zhang X Y, Hui L, et al. Fatigue performance research and strength evaluation of TB6 titanium alloy with defects[J]. Hot Working Technology,2021,50(12):39-43,49.

[2]Ai YL,Liu L,He W,et al. Influence of microstructure of TC4 ti-tanium alloy on ultrasonic velocity and attenuation[J]. Advanced Materials Research,2011,337:719-723.

[3]Kube C M, Arguelles A P, Turner J A. Ultrasonic backscatter from elongated grains using line focused ultrasound[J]. Ultrason-ics,2018,82:79-83.

[4] Mao J H, Wang J G, Zhang Y, et al. Ultrasonic inspection of composition segregation insmall diameters titanium bars[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2010, 20(S1):1024-1029.

[5]王铮

，黄利军

，林立志.TC4板材组织特点与超声检测信号对应关系钻研[J].宇航资料工艺

，2022(6):87-91.

Wang Z, Huang LJ, Lin L Z. Relationship between ultrasonic sig-nal and microstructure of TC4 titanium alloy plate[J]. Aerospace Materials& Technology,2022(6):87-91.

[6]Li H, Ma Y J, Qiu J K, et al. Effect of microstructures on noise level in ultrasonic testing of TC4 titanium alloy[J]. Rare Metal Materials and Engineering,2013,42(9):1859-1863.

[7]Wu J, Wang L, Liu X, et al. Evolution of microstructure and mi-crotexture in Ti-2A1-2.5Zr during one pass cold pilgering[J].Rare Metal Materials and Engineering, 2022, 51(4):1145-1151.

[8]Thompson R B, Margetan F J, Rose J H, et al. Influence of mi-crostructure on ultrasonic backscattering noise in titanium alloys[J]. Nondestructive Testing and Evaluation, 1992,8-9(1-6):485-495.

[9]Gigliotti M F X, Bewlay B P, Deaton J B, et al. Microstructure-ultrasonic inspectability relationships in Ti6242: signal-to-noise in fine-grain-processed Ti6242[J]. Metallurgical and Materials Transactions A,2000,31(9):2119-2125.

[10]李运

，韩飞孝

，秦立东

，等.加工工艺对Ti7Al4Mo合金棒材组织机能和超声声速的影响[J].钛工业进展

，2022

，39(6):18-23.

Li Y, Han F X, Qin L D, et al. Effect of processing technologies on microstructure, properties and ultrasonic velocity of Ti7Al4Mo alloy bar[J]. Titanium Industry Progress, 2022, 39(6):18-23.

[11] Ju Y. UT method for allocating ingot riser of TC4 titanium alloy[J].Titanium Industry Progress,2010(3):32-34.

[12]李华

，马英杰

，邱建科

，等.TC4钛合金显微组织对超声波探伤杂波水平的影响[J].罕见金属资料与工程

，2013

，42(9):1859-1863.

Li H, Ma Y J, Qiu J K, et al. Effect of microstructures on noise level in ultrasonic testing of TC4 titanium alloy[J]. Rare Metal Materials and Engineering,2013,42(9):1859-1863.

[13]宋韦韦

，李本江

，宋增金

，等.TA15钛合金显微组织对超声探伤底波衰减的影响[J].钛工业进展

，2021

，38(3):35-40.

Song W W, Li B J, Song Z J, et al. Correlation between TA15 ti-tanium alloy microstructures and the ultrasonic wave attenuation during the material ultrasonic detection process[J]. Titanium In-dustry Progress,2021,38(3):35-40.

[14]Wu Y, Liu JR, Wang H, et al. Effect of stress ratio on very high cycle fatigue properties of Ti-10V-2Fe-3Al alloy with duplex micro-structure[J]. Journal of Materials Science& Technology, 2018,34:1189-1195.

[15]Fan Y X, He X K, Lyu Q. Brief analysis of ultrasonic flaw detec-tion of large diameter titanium alloy TB6[J]. Heat Treatment Technology and Equipment,2018,39(1):36-41.

[16]Mao J H, Wang J G, Zhang Y, et al. Ultrasonic inspection of composition segregation in small diameters titanium bars[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2010, 20(S1): 1024-1029.

[17]Moreau A, Toubal L, Bocher P, et al. Evaluation of macrozone dimensions by ultrasound and EBSD techniques[J]. Materials Characterization,2013,75:115-128.

[18]Lan B, Britton T B, Jun T S, et al. Direct volumetric measure-ment of crystallographic texture using acoustic waves[J]. Acta Materialia,2018,159:384-394.

[19]李磊

，张新

，应扬

，等.钛合金的组织和织构对超声波检测信号的影响[J].钛工业进展

，2024

，41(4):43-48.

Li L,Zhang X,Ying Y,et al. Influence of microstructure and tex-ture of titanium alloy on ultrasonic detection signals[J]. Titanium Industry Progress,2024,41(4):43-48.

（注

，原文标题：TB6钛合金锻件显微组织对超声波探伤特点的影响）