TA15钛合金显微组织对超声探伤底波衰减的影响
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coital plana，resulting in ultrasonic wave propagation direction perpendicular i the coital c-cxis，material having a strong scatte/ng eTect and causing ultrasonic bottom wave attenuation more obvious. In addition， the secondary a lamellae of the 0-transfo/nation structure at the bottom wave attenuation site are arranged disorderly，which will also worsen the ultrasonic detection result. Key woUs : TA1O aicy ； microstructure ； coital o/entation ； ultosonic defect detection ； bottom wave attenuation
2() 10
0 50 100 150 200 250 300 350 Angle/(°)
图2 TA15钛合金锻环外环面周向超声 探伤底波C扫描结果
Fig. 2 Ultrasonic bottom wave C scan result foe the outee ccecumoeeenecaosueoaceooTA15 eceancum aooyecng
安全有着高度联性，
由
和零件 环
境和
件的极端 ，对其产品的完整性要求
。因此，航空 检测技术成为保证
航空产品完整性和 性的重要手段[2]$超声波检
验对于钛合金是一个重要的质量控制手段 ，生产厂
和航空厂都用超声探伤检测进行质量控制$
钛工业进展
36
Titanium Industry Progress
38卷
TA15钛合金是一种典型的近a钛合金，具有比
高、
性好、抗 性能优异和可焊性强
优点，被大量
航空航天工业中关键零部件
的制造，例如
发动机的各种叶片、机，飞
机的
金件、梁、接头、大
、环锻件、
收稿日期：2020 - 09 - 09 通信作者：宋韦韦（1988—），女，博士，工程师。
焊接承力框等[1]$由于航空类产品的可靠性与人身
生a相尺寸无明显差异，体积分数均在20% -
24% $
2.3不同部位晶体取向观察 图7为底波衰减试样T形截面下端中心、底波
衰减及边部 对应的反极图，图中不 色代表
不同的晶体取向。本研究中由于0相的体积分数小
5%，而且分布在片状a相中间，0相对超声衰减
的影响
，重点关注a相的晶体取向分布
情况。中心部位晶体取向随机分布(图7a)， 生a
钛合金缺陷的种类大致分为冶金缺陷（如夹杂、
偏析）、工艺缺陷（如过热、 不、
）和组
织缺陷。
超声波检验钛合金冶金质量时，材
料组织不同所产生的反射信号有明显差异。针对
TA15钛合金锻件在超声C扫描后，局部出现底波衰
减严重，未出杂波的 ，
学金相法并结
合电子背散
（EBSD）技术，揭示不同显微组织
和晶体取向分布对超声波衰减的影响。
研究。
学显微镜对底波衰减 不
进行了显微组织对比，
子背散
(EBSD)技术表征不同
超声底波
"相的晶体取向分布及规律，并对晶体取 比进行了统计，探 了底波衰减的
$结果
表明，底波衰减部位对应的条状"相数量多，其方向与超声波传递方向平行，这些条状"相对应(0001)晶面，导致
超声波的传 "相呈杂
体c轴垂直，
散
Abstrace: Covelation between microstructures and the covesponding ultrasonic wave attenuation of T-section TA15 titanium aicy forging ing was studied，as ultrasonic wave attenuation phenomenon occurred locally du/ng ultrasonic defect detection process. Optical microscope was used te compare the microstructural dAferencas related te wave atenuation intensity. The electron backscattered d/fraction ( EBSD) technology was used i characte/oa the distribu tion of crystal oientations covespondini te " phase with dAferent bottom wave signal areas，and the propo/ion of each oeieneaeion hasbeen couneed eoheep discu s ehe eoo ecause oNbo eom wa ee a enua eion. The eesu ees show eha eehe s eeong
（a〜c） the bottom wave attenuation speciniens； （ D 〜f） normal specimens
钛工业进展
38
Titanium Industry Progress
38卷
Fig. 6
图6 底波衰减和正常试样T形截面下端不同位置对应的金相照片 Metalloyophic structures corresponding to dieont positions at the lowes of T-section： (v~c) the bottom wave attenuation specimens ； ( d~f) normal specimens
TWsececon speccmen
2实验结果
2.1低倍组织结果
TA15钛合金锻环底波衰减试样和正常试样的低
倍组织如图4所示。锻件
着截面 边
分布，未发
不顺、
、
象。此，
参考GB/T 5168—2008 “高低倍组织检验方法”标
*3+,
锻的低倍组织为模 ，未发
偏析、夹杂、
低倍缺陷，2块试片低倍组织
明显差异。
2.2显微组织观察
在TA15钛合金锻环T形截面低倍试片上,按照
图3所示取样 ，在截面的上端和下端分别切取3
试样，对着中心位置、底波衰减（距中 6 mm
）、边部位置。
第3期
宋韦韦等：TA15钛合金显微组织对超声探伤底波衰减的影响
37
图4 TA15钛合金锻环底波衰减试样和正常试样的低倍组织 Fig. 4 Macro structures of TA15 titanium alloy forging ring: (a) the ultrasonic bottom wave attenuation specirnen； (b) the normal ultrasonic bottom wave specirnen
第38卷第3期 2021年 6月
Ti穀臧
Vol. 38 No. 3 June 2021
TA15钛合金显微组织对超声探伤底波衰减的影响
宋韦韦，李本江，宋增金，李增乐，张洪静，焦娟娟，吕正风，程仁策
(山东南山铝业股份有限公司，山东 龙口 265713)
摘要：针对TA15钛合金T形截面环锻件探伤时局部出现的底波衰减现象，进行了显微组织与超声波衰减关系的
体取向分析，取样位置如图3所示。
比
-HF）: -（HNO3） ： - HO） =5：20：75 腐蚀液对金相
试样进行
理后，
学显微
显微组
织，
Imaoc J软件统 生等轴a相体积分数
和次生片状a相尺寸$
EDAX电子背散射衍射
图3 T形截面取样部位示意图 Fig. 3 Schematic diagom of sampling positions from
组织转变⑷，中 部位0转变片状a相，片 a相
厚 1.6 $m，
9.4 $m；底波衰减部位片状
a相厚 1.11 $m,
5.16 $叫 片 a相交
叉无规律排列，且存 直分布的
a相；边部
位置，在0转 组织中析出了比初生a相更 小
的 轴形a相，组织为典型的双套组织。超声底
波正常试片T形截面下端部位，从中心部位到边部
(0001)面，但
a相和次生片状
组织
分布。底波衰减部位(0001)面的晶
粒较多(图7b)，且竖直分布，对应着 a相$边
部试样 体取向分布均匀(图7c)，
出
分布现象，(2110)晶面较多，对着0组织中析出
的 轴a $
图5 底波衰减和正常试样T形截面上端不同位置对应的金相照片 Fig. 5 Metalloyraphic structures coresponDing to DCferent positions at the upper of T-section:
Song Weioei，Li Benjiang，Song Zengin，Li Zengle，Zhang Honging，Jiao Juanjuan，Le Zhengfeng，Cheng Renco
(Shandong Nanshan Aluminum Co.，Lth.，Longkou 265713， China)
均由等轴初生a相和0转 组织 的 组织构
， 中 部位和 中 6 mm ，
片a的
厚 0.98 $m，
7.25 $m，0转 组织中局
部片状a； 规则平行排列；边部 ，0转 组
织中片状a相厚 1.02 $m，
6 $m，次生
片状a相平行排列，此外0转变组织中析出 轴
的a相$底波衰减和正常试样T形截面不同部位
ultrasonic attenuation ogion pertains a higher number of stip-shaped " phase，mean well these stip-shaped " phase s /eongaeion dieceion ispaeaeeeoeh/ueeeasoniceeansmision die/ceion.Th/s/seeip-shap/d "coespondseoeh/( 0001 )
6 mm
Upper
图1 TA15钛合金锻环俯视图 Fig. 1 Top view of TA15 titanium forging ring
O ns I Lower
采用频率为5.0 MHz纵波聚焦探头，对加工后
的锻
面 进行了超声探伤检测，发 部
出现底波损失严重现象，底波
减量超过
50%，但 发现任何杂波缺陷信号。图2为TA15
错排列，
低探伤水平。
较强，底波衰减明显。此，底波衰减部位0转变组织中次生片
关键词：TAO钛合金；微观组织；晶体取向；超声波探伤；底波衰减
中图分类号：TG146. 23； TG115. 285
文献标识码：A
文章编号：1009-9964(2021)03-035-06
Correlation between TA15 Titaninm Alloy Microstructures and tie Ultrasonic Wave Attenuation during the Material Ultrasonic Detection Process
钛合金锻
面 超声探 底 波
C
结
，坐
锻件的高度，横坐
锻件的周
，不 色代表收集的底波
发射
波强度的比值$通过观察发现，底波强度衰减部位
锻件 中心线2-8 mm，距离中 6 mm位
置底波衰减量最大，
平
对称式分布
于锻 。在锻 超声探伤底波正常和衰减部位,
分别截取T形试片进行低倍组织的 和分析，并
此2块试片不同部位截取试样进行显微组织、晶
1实验
TA15钛合金在,-30 C温度进行墩粗和模锻, 经退火处理和机加工后获得T形截面的锻环，如图 1所示。
Wftasonici atwnuation
（EBSD#系统对 的晶体取向进行数据 ,试样
制备
VibomoI 2振动 机对样品进行去
力
理，并采用OIM软件进行晶体取向分析。
■ 100 E 90
图5为底波衰减和正常试样T形截面上端不同
位置对应的金相照片。从图5
, 2 试片上端
试样显微组织没有差异，均为典型的 组织，由
初生a相和0转 组织组成，不同部位0转变组织
中次生片状a相厚度和
$
图6为底波衰减和正常试样T形截面下端不同
位置对应的金相照片。从图6
出，底波衰减
试样，从中心到边部，组织逐渐由 组织 套
2() 10
0 50 100 150 200 250 300 350 Angle/(°)
图2 TA15钛合金锻环外环面周向超声 探伤底波C扫描结果
Fig. 2 Ultrasonic bottom wave C scan result foe the outee ccecumoeeenecaosueoaceooTA15 eceancum aooyecng
安全有着高度联性，
由
和零件 环
境和
件的极端 ，对其产品的完整性要求
。因此，航空 检测技术成为保证
航空产品完整性和 性的重要手段[2]$超声波检
验对于钛合金是一个重要的质量控制手段 ，生产厂
和航空厂都用超声探伤检测进行质量控制$
钛工业进展
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Titanium Industry Progress
38卷
TA15钛合金是一种典型的近a钛合金，具有比
高、
性好、抗 性能优异和可焊性强
优点，被大量
航空航天工业中关键零部件
的制造，例如
发动机的各种叶片、机，飞
机的
金件、梁、接头、大
、环锻件、
收稿日期：2020 - 09 - 09 通信作者：宋韦韦（1988—），女，博士，工程师。
焊接承力框等[1]$由于航空类产品的可靠性与人身
生a相尺寸无明显差异，体积分数均在20% -
24% $
2.3不同部位晶体取向观察 图7为底波衰减试样T形截面下端中心、底波
衰减及边部 对应的反极图，图中不 色代表
不同的晶体取向。本研究中由于0相的体积分数小
5%，而且分布在片状a相中间，0相对超声衰减
的影响
，重点关注a相的晶体取向分布
情况。中心部位晶体取向随机分布(图7a)， 生a
钛合金缺陷的种类大致分为冶金缺陷（如夹杂、
偏析）、工艺缺陷（如过热、 不、
）和组
织缺陷。
超声波检验钛合金冶金质量时，材
料组织不同所产生的反射信号有明显差异。针对
TA15钛合金锻件在超声C扫描后，局部出现底波衰
减严重，未出杂波的 ，
学金相法并结
合电子背散
（EBSD）技术，揭示不同显微组织
和晶体取向分布对超声波衰减的影响。
研究。
学显微镜对底波衰减 不
进行了显微组织对比，
子背散
(EBSD)技术表征不同
超声底波
"相的晶体取向分布及规律，并对晶体取 比进行了统计，探 了底波衰减的
$结果
表明，底波衰减部位对应的条状"相数量多，其方向与超声波传递方向平行，这些条状"相对应(0001)晶面，导致
超声波的传 "相呈杂
体c轴垂直，
散
Abstrace: Covelation between microstructures and the covesponding ultrasonic wave attenuation of T-section TA15 titanium aicy forging ing was studied，as ultrasonic wave attenuation phenomenon occurred locally du/ng ultrasonic defect detection process. Optical microscope was used te compare the microstructural dAferencas related te wave atenuation intensity. The electron backscattered d/fraction ( EBSD) technology was used i characte/oa the distribu tion of crystal oientations covespondini te " phase with dAferent bottom wave signal areas，and the propo/ion of each oeieneaeion hasbeen couneed eoheep discu s ehe eoo ecause oNbo eom wa ee a enua eion. The eesu ees show eha eehe s eeong
（a〜c） the bottom wave attenuation speciniens； （ D 〜f） normal specimens
钛工业进展
38
Titanium Industry Progress
38卷
Fig. 6
图6 底波衰减和正常试样T形截面下端不同位置对应的金相照片 Metalloyophic structures corresponding to dieont positions at the lowes of T-section： (v~c) the bottom wave attenuation specimens ； ( d~f) normal specimens
TWsececon speccmen
2实验结果
2.1低倍组织结果
TA15钛合金锻环底波衰减试样和正常试样的低
倍组织如图4所示。锻件
着截面 边
分布，未发
不顺、
、
象。此，
参考GB/T 5168—2008 “高低倍组织检验方法”标
*3+,
锻的低倍组织为模 ，未发
偏析、夹杂、
低倍缺陷，2块试片低倍组织
明显差异。
2.2显微组织观察
在TA15钛合金锻环T形截面低倍试片上,按照
图3所示取样 ，在截面的上端和下端分别切取3
试样，对着中心位置、底波衰减（距中 6 mm
）、边部位置。
第3期
宋韦韦等：TA15钛合金显微组织对超声探伤底波衰减的影响
37
图4 TA15钛合金锻环底波衰减试样和正常试样的低倍组织 Fig. 4 Macro structures of TA15 titanium alloy forging ring: (a) the ultrasonic bottom wave attenuation specirnen； (b) the normal ultrasonic bottom wave specirnen
第38卷第3期 2021年 6月
Ti穀臧
Vol. 38 No. 3 June 2021
TA15钛合金显微组织对超声探伤底波衰减的影响
宋韦韦，李本江，宋增金，李增乐，张洪静，焦娟娟，吕正风，程仁策
(山东南山铝业股份有限公司，山东 龙口 265713)
摘要：针对TA15钛合金T形截面环锻件探伤时局部出现的底波衰减现象，进行了显微组织与超声波衰减关系的
体取向分析，取样位置如图3所示。
比
-HF）: -（HNO3） ： - HO） =5：20：75 腐蚀液对金相
试样进行
理后，
学显微
显微组
织，
Imaoc J软件统 生等轴a相体积分数
和次生片状a相尺寸$
EDAX电子背散射衍射
图3 T形截面取样部位示意图 Fig. 3 Schematic diagom of sampling positions from
组织转变⑷，中 部位0转变片状a相，片 a相
厚 1.6 $m，
9.4 $m；底波衰减部位片状
a相厚 1.11 $m,
5.16 $叫 片 a相交
叉无规律排列，且存 直分布的
a相；边部
位置，在0转 组织中析出了比初生a相更 小
的 轴形a相，组织为典型的双套组织。超声底
波正常试片T形截面下端部位，从中心部位到边部
(0001)面，但
a相和次生片状
组织
分布。底波衰减部位(0001)面的晶
粒较多(图7b)，且竖直分布，对应着 a相$边
部试样 体取向分布均匀(图7c)，
出
分布现象，(2110)晶面较多，对着0组织中析出
的 轴a $
图5 底波衰减和正常试样T形截面上端不同位置对应的金相照片 Fig. 5 Metalloyraphic structures coresponDing to DCferent positions at the upper of T-section:
Song Weioei，Li Benjiang，Song Zengin，Li Zengle，Zhang Honging，Jiao Juanjuan，Le Zhengfeng，Cheng Renco
(Shandong Nanshan Aluminum Co.，Lth.，Longkou 265713， China)
均由等轴初生a相和0转 组织 的 组织构
， 中 部位和 中 6 mm ，
片a的
厚 0.98 $m，
7.25 $m，0转 组织中局
部片状a； 规则平行排列；边部 ，0转 组
织中片状a相厚 1.02 $m，
6 $m，次生
片状a相平行排列，此外0转变组织中析出 轴
的a相$底波衰减和正常试样T形截面不同部位
ultrasonic attenuation ogion pertains a higher number of stip-shaped " phase，mean well these stip-shaped " phase s /eongaeion dieceion ispaeaeeeoeh/ueeeasoniceeansmision die/ceion.Th/s/seeip-shap/d "coespondseoeh/( 0001 )
6 mm
Upper
图1 TA15钛合金锻环俯视图 Fig. 1 Top view of TA15 titanium forging ring
O ns I Lower
采用频率为5.0 MHz纵波聚焦探头，对加工后
的锻
面 进行了超声探伤检测，发 部
出现底波损失严重现象，底波
减量超过
50%，但 发现任何杂波缺陷信号。图2为TA15
错排列，
低探伤水平。
较强，底波衰减明显。此，底波衰减部位0转变组织中次生片
关键词：TAO钛合金；微观组织；晶体取向；超声波探伤；底波衰减
中图分类号：TG146. 23； TG115. 285
文献标识码：A
文章编号：1009-9964(2021)03-035-06
Correlation between TA15 Titaninm Alloy Microstructures and tie Ultrasonic Wave Attenuation during the Material Ultrasonic Detection Process
钛合金锻
面 超声探 底 波
C
结
，坐
锻件的高度，横坐
锻件的周
，不 色代表收集的底波
发射
波强度的比值$通过观察发现，底波强度衰减部位
锻件 中心线2-8 mm，距离中 6 mm位
置底波衰减量最大，
平
对称式分布
于锻 。在锻 超声探伤底波正常和衰减部位,
分别截取T形试片进行低倍组织的 和分析，并
此2块试片不同部位截取试样进行显微组织、晶
1实验
TA15钛合金在,-30 C温度进行墩粗和模锻, 经退火处理和机加工后获得T形截面的锻环，如图 1所示。
Wftasonici atwnuation
（EBSD#系统对 的晶体取向进行数据 ,试样
制备
VibomoI 2振动 机对样品进行去
力
理，并采用OIM软件进行晶体取向分析。
■ 100 E 90
图5为底波衰减和正常试样T形截面上端不同
位置对应的金相照片。从图5
, 2 试片上端
试样显微组织没有差异，均为典型的 组织，由
初生a相和0转 组织组成，不同部位0转变组织
中次生片状a相厚度和
$
图6为底波衰减和正常试样T形截面下端不同
位置对应的金相照片。从图6
出，底波衰减
试样，从中心到边部，组织逐渐由 组织 套