鈦及鈦合金作為結(jié)構(gòu)金屬，具有比強(qiáng)度高、抗腐蝕性好、耐高溫等一系列突出優(yōu)點(diǎn)，能夠進(jìn)行多種方式的壓力加工成形、焊接和機(jī)械加工[1]。TA15鈦合金名義成分為Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V，該合金具有良好的焊接性能和工藝塑性，可用于生產(chǎn)厚板、薄板、型材、鍛件、模鍛件、棒材和線材等，在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)結(jié)構(gòu)件中應(yīng)用廣泛[2]。 

文章針對(duì)TA15鈦合金冷軋板制成的滾筒零件進(jìn)行了滲透檢測(cè)工藝研究，采用著色滲透檢測(cè)和不同靈敏度熒光滲透檢測(cè)方法對(duì)淺表裂紋缺陷試樣進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)；對(duì)不同檢測(cè)方法和檢測(cè)靈敏度的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析；最后，結(jié)合裂紋缺陷的微觀分析結(jié)果，對(duì)于淺表微裂紋滲透檢測(cè)給出了最優(yōu)檢測(cè)方法和靈敏度推薦，以為TA15鈦合金冷軋板等制件的質(zhì)量控制和滲透檢測(cè)工藝提供數(shù)據(jù)支持和保障[2-3]。 

1.   試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)材料為TA15鈦合金冷軋板，其主要化學(xué)成分如表1所示。工程實(shí)踐表明在使用厚1.2 mm TA15鈦合金冷軋板冷彎圈筒的過程中發(fā)生過表面開裂現(xiàn)象。 

該零件的主要生產(chǎn)工序?yàn)椋喝蹮?rarr;鍛造→板坯銑面→熱軋開坯→淬火→表面擦白→熱軋中間品→熱軋半成品→堿酸洗→修磨→清洗→半成品常化→堿酸洗→冷軋成品→成品?；?rarr;成品堿酸洗→成品剪切→成品檢驗(yàn)。 

該零件的滲透檢測(cè)工序常規(guī)采用了溶劑去除型著色滲透檢測(cè)方法，發(fā)現(xiàn)表面存在裂紋顯示。后續(xù)在微觀分析過程中發(fā)現(xiàn)合格零件上也存在微裂紋。對(duì)該批次零件重新進(jìn)行溶劑去除型著色滲透檢測(cè)，仍未發(fā)現(xiàn)微裂紋，因此對(duì)該批次零件進(jìn)行徹底清洗后再進(jìn)行熒光滲透檢測(cè)。最后，發(fā)現(xiàn)部分零件表面上存在微裂紋熒光顯示。為了檢驗(yàn)滲透檢測(cè)方法的有效性，在微裂紋零件缺陷區(qū)域取樣制作典型試件，其實(shí)物如圖1所示，再對(duì)試件進(jìn)行系統(tǒng)的熒光滲透檢測(cè)試驗(yàn)，保證表面微裂紋100%被檢出，開展了不同靈敏度和不同滲透檢測(cè)方法的檢測(cè)試驗(yàn)。 

圖  1  典型微裂紋試件實(shí)物

著色滲透檢測(cè)工藝采用Ⅱ類C法e型，著色滲透劑型號(hào)為DP-51，非鹵溶劑去除劑型號(hào)為DR-60，非水濕溶劑顯像劑型號(hào)為D-106（均為美國(guó)歇爾溫公司產(chǎn)品）。 

熒光滲透檢測(cè)工藝采用可水洗型熒光滲透檢測(cè)和親水性后乳化熒光滲透檢測(cè)方法。 

親水性后乳化熒光滲透檢測(cè)方法對(duì)應(yīng)的滲透系統(tǒng)為Ⅰ類D法a型，熒光滲透劑選用2級(jí)（ZL-2C）、3級(jí)（ZL-27A）和4級(jí)（ZL-37）靈敏度，工藝參數(shù)按照標(biāo)準(zhǔn)HB/Z 61—1998《滲透檢驗(yàn)》執(zhí)行，乳化劑（ZR-10B）濃度為15%，乳化時(shí)間為30 s。顯像劑為干粉顯像劑（ZP-4B），顯像時(shí)間為15 min（均采用美國(guó)磁通公司產(chǎn)品）。 

可水洗型熒光滲透檢測(cè)方法對(duì)應(yīng)的滲透系統(tǒng)為Ⅰ類A法a型，熒光滲透劑選用1級(jí)（ZL-19）、2級(jí)（ZL-60D）、3級(jí)（ZL-67）和4級(jí)（ZL-56）靈敏度，工藝參數(shù)按照標(biāo)準(zhǔn)HB/Z 61—1998執(zhí)行。顯像劑為干粉顯像劑（ZP-4B），顯像時(shí)間為15 min（均采用美國(guó)磁通公司產(chǎn)品）。 

分別記錄檢測(cè)結(jié)果并進(jìn)行缺陷的微觀分析，最終得出最佳的滲透檢測(cè)工藝[4-6]。 

2.   試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1   溶劑去除型著色滲透檢測(cè)結(jié)果

使用溶劑去除型著色滲透檢測(cè)方法對(duì)試件進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如圖2所示，未發(fā)現(xiàn)任何缺陷顯示。 

圖  2  試件著色滲透檢測(cè)結(jié)果

2.2   不同靈敏度可水洗型熒光滲透檢測(cè)結(jié)果

1級(jí)靈敏度可水洗型熒光滲透檢測(cè)方法的檢測(cè)結(jié)果如圖3所示，可見，在試件表面存在少量零星點(diǎn)狀顯示，顏色呈淡淡的藍(lán)白色，非常不清晰，一般作為正常的背景顯示處理。 

圖  3  1級(jí)靈敏度水洗法的試件檢測(cè)結(jié)果

2級(jí)靈敏度可水洗型熒光滲透檢測(cè)結(jié)果如圖4所示，可見，在試件表面存在零星點(diǎn)狀顯示，大部分顏色呈藍(lán)白色，顯示不清晰，但較1級(jí)水洗顯示略清晰，個(gè)別顯示能夠識(shí)別出異常。 

圖  4  2級(jí)靈敏度水洗法的試件檢測(cè)結(jié)果

3級(jí)靈敏度可水洗型熒光滲透檢測(cè)結(jié)果如圖5所示，可見，在試件表面存在零星點(diǎn)狀顯示，大部分顏色呈藍(lán)白色，顯示不清晰，與2級(jí)可水洗型檢測(cè)的顯示基本差不多，個(gè)別熒光顯示能夠識(shí)別出異常。 

圖  5  3級(jí)靈敏度水洗法的試件檢測(cè)結(jié)果

4級(jí)靈敏度可水洗型熒光滲透檢測(cè)結(jié)果如圖6所示，可見，在試件表面存在大量成片點(diǎn)狀顯示，顯示比較清晰，較1、2、3級(jí)可水洗型檢測(cè)的顯示更為清晰，但背景顯示更為嚴(yán)重。 

圖  6  4級(jí)靈敏度水洗法的試件檢測(cè)結(jié)果

2.3   不同靈敏度親水性后乳化熒光滲透檢測(cè)結(jié)果

2級(jí)靈敏度親水性后乳化熒光滲透檢測(cè)方法的檢測(cè)結(jié)果如圖7所示，可以看出，試件表面存在清晰零星點(diǎn)狀顯示，較水洗法顯示更為清晰，顯示能夠被識(shí)別出異常，背景顯示良好。 

圖  7  2級(jí)靈敏度后乳化法的試件檢測(cè)結(jié)果

3級(jí)靈敏度親水性后乳化熒光滲透檢測(cè)方法的檢測(cè)結(jié)果如圖8所示，可以看出，試件表面存在大量的點(diǎn)狀顯示，顯示清晰，較2級(jí)后乳化法的顯示結(jié)果更為清晰，一些更為細(xì)小的缺陷能夠被檢出。 

圖  8  3級(jí)靈敏度后乳化法的試件檢測(cè)結(jié)果

4級(jí)靈敏度親水性后乳化熒光滲透檢測(cè)方法的檢測(cè)結(jié)果如圖9所示，可以看出在試件表面存在大量的點(diǎn)狀顯示，顯示清晰，與2、3級(jí)親水性后乳化的顯示結(jié)果相比，清晰程度差不多但其背景更為嚴(yán)重。 

圖  9  4級(jí)靈敏度后乳化法的試件檢測(cè)結(jié)果

2.4   淺表微裂紋金相檢驗(yàn)結(jié)果

對(duì)試件表面上不同類型的熒光顯示進(jìn)行取樣金相檢驗(yàn)，確定顯示的性質(zhì)和尺寸。試件表面上能夠觀察到的熒光顯示區(qū)域分為明顯的缺陷顯示區(qū)域（1#），輕微點(diǎn)狀顯示（2#）區(qū)域以及無缺陷背景顯示區(qū)域（3#），其具體分區(qū)如圖10所示。 

圖  10  不同取樣的熒光顯示區(qū)域分布示意

1#區(qū)域的微裂紋金相照片如圖11所示，可見裂紋深度約為50 μm，寬度最大約為20 μm，平均寬度約為12 μm，深寬比約為4∶1。 

圖  11  1#區(qū)域微裂紋金相照片

2#區(qū)域的微裂紋金相照片如圖12所示，可見裂紋深度約為20 μm，寬度最大約為30 μm，平均寬度約為10 μm，深寬比約為2∶1。 

圖  12  2#區(qū)域微裂紋金相照片

3#區(qū)域的金相照片如圖13所示，可見未發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷，偶見凹坑，凹坑深度最大約為20 μm，寬度大于20 μm，深寬比均小于1。 

圖  13  3#區(qū)域金相照片

以上試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于此種缺陷尺寸過小的微裂紋缺陷，采用著色法是無法檢測(cè)的，靈敏度達(dá)不到要求。 

采用1級(jí)靈敏度可水洗型熒光滲透檢測(cè)方法也無法保障此類裂紋缺陷的有效檢出，其一般會(huì)被認(rèn)為是點(diǎn)狀的背景顯示而忽略掉。對(duì)于2級(jí)和3級(jí)可水洗型熒光滲透檢測(cè)方法而言，2級(jí)和3級(jí)靈敏度之間并沒有明顯差異，且較1級(jí)靈敏度更高，可發(fā)現(xiàn)深度為50 μm，深寬比大于4∶1的裂紋缺陷，但對(duì)于深度約為20 μm，深寬比約為2∶1的裂紋缺陷很難檢出。從4級(jí)靈敏度可水洗型熒光滲透檢測(cè)方法的結(jié)果來看，深度約為20 μm，深寬比約為2∶1的裂紋缺陷可以被檢出，但背景不佳，即便無缺陷區(qū)域（由于存在凹坑或者表面不平整等情況）也會(huì)有較為嚴(yán)重的背景。 

采用親水性后乳化熒光滲透檢測(cè)方法檢測(cè)時(shí)，2、3、4級(jí)靈敏度對(duì)1#區(qū)域和2#區(qū)域上的微裂紋均能夠檢測(cè)出來，但4級(jí)靈敏度背景不佳，3#區(qū)域也略有背景顯示，而2級(jí)和3級(jí)檢測(cè)結(jié)果基本一致，3級(jí)靈敏度的顯示邊界更為清晰。說明2、3級(jí)親水性后乳化熒光滲透檢測(cè)方法可以檢出深度約為20 μm，深寬比約為2∶1的裂紋缺陷且背景良好，效果較4級(jí)可水洗型熒光滲透檢測(cè)方法和4級(jí)親水性后乳化熒光滲透檢測(cè)方法要好。 

3.   結(jié)論

（1）對(duì)于鈦合金冷軋板表面深度小于50 μm的裂紋缺陷，著色滲透檢測(cè)方法無法檢出。 

（2）對(duì)于鈦合金冷軋板表面深度大于20 μm、深寬比2∶1的裂紋缺陷，親水性后乳化熒光滲透檢測(cè)方法和4級(jí)可水洗型熒光滲透檢測(cè)方法可以檢出。 

（3）對(duì)于鈦合金冷軋板表面深度大于20 μm且小于50 μm、深寬比大于2∶1且小于4∶1的裂紋缺陷，1，2，3級(jí)可水洗型熒光滲透檢測(cè)方法檢出概率不高，存在較大漏檢風(fēng)險(xiǎn)。 

（4）鈦合金冷軋板表面微裂紋最優(yōu)的檢測(cè)方法為親水性后乳化熒光滲透檢測(cè)方法，最佳靈敏度為3級(jí)。

文章來源——材料與測(cè)試網(wǎng)