某單位某批次TA10（名義成分Ti-0.8Mo-0.3Ni）鈦合金φ72×7mm擠壓管坯在進(jìn)行冷軋φ51×4mm時，發(fā)現(xiàn)有 若干根管材表面開裂嚴(yán)重，經(jīng)酸洗后觀察大部分裂縫為縱向開裂，有的裂縫開裂較深且長，幾乎從管材中間 延伸到管材的端頭，如圖1所示。

1、理化檢驗(yàn)

1.1化學(xué)成分分析

在裂縫附近部位和正常區(qū)域取樣，采用ICP全譜直讀光譜儀和TC-600氣體分析儀測定其化學(xué)成分，結(jié)果（質(zhì) 量分?jǐn)?shù)）見表1。分析結(jié)果表明，各成分元素均符合標(biāo)準(zhǔn)《GB/T3620.1-2016鈦及鈦合金牌號和化學(xué)成分》要 求，裂縫部位的氧元素含量略高一些，但化學(xué)成分也合格。

1.2金相分析

選擇開裂比較嚴(yán)重的部位沿著橫斷面方向取金相樣，侵蝕劑為:HF+HNO3+H2O=1:3:10溶液。采用OLYMPUSGX51 金相顯微鏡觀察其顯微組織（如圖2所示），發(fā)現(xiàn)一次裂縫和二次裂縫沿橫斷面呈現(xiàn)河流狀分布，裂縫周圍 的顯微組織和正常區(qū)域有明顯差異，正常區(qū)域?yàn)楸容^均勻分布的等軸組織，在裂縫附近存在較多的白色富α 相區(qū)域,并沿著裂縫走向集中分布。同時，在某些裂縫區(qū)域發(fā)現(xiàn)有夾雜物顆粒存在，經(jīng)過進(jìn)一步放大觀察更 加明顯（見圖2(b)）。

1.3顯微硬度分析

采用島津HMV-2T型顯微硬度計對正常區(qū)域和裂縫附近的富α相區(qū)域進(jìn)行顯微硬度分析，試驗(yàn)結(jié)果見表2。從 對比結(jié)果來看，兩個區(qū)域的硬度差異也很明顯，富α相區(qū)域明顯偏硬，可以判定為硬偏析。

1.4SEM及EDS分析

采用ZEISSSupra55掃描電鏡和能譜儀對裂縫部位及附近區(qū)域進(jìn)行觀察和能譜分析，結(jié)果見圖3。從分析結(jié)果 可以看出，裂縫中存在明顯的夾雜物（見圖3(a)）,對圖3(a)中譜圖2區(qū)域進(jìn)行能譜分析結(jié)果見（圖3(b)）， 該區(qū)域存在少量的合金元素Mo和Ni，還有約1%的O元素（其余為Ti），可以推斷該區(qū)域仍然為氧含量較高的 富α相區(qū)。對圖3(a)中夾雜物區(qū)域（即譜圖3）進(jìn)行能譜分析結(jié)果見（圖3(c)），夾雜物中除了鈦以外，主 要以氧元素為主，含量高達(dá)10.6%，合金元素幾乎沒有（有少量的Ni），還有一定量的Fe和少量的Ca。

正常區(qū)域的分析結(jié)果見（圖3(d)）,合金元素含量基本正常（Ni雖然有點(diǎn)偏低，微量的Al和Si屬于干擾項(xiàng)， 因?yàn)槟茏V分析結(jié)果誤差本身比較大），沒有氧元素存在。說明能譜分析結(jié)果與前面的金相和顯微硬度分析結(jié) 果一致，裂縫附近存在氧含量較高偏硬的α相區(qū)域，裂縫某些區(qū)域存在富氧的夾雜物。

2、分析討論

從以上分析可以看出，材料的化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求（雖然裂縫部位的氧含量略高一些），差異不是非常明 顯。但從金相、SEM和能譜分析結(jié)果可以明顯看出，裂縫中存在富氧的夾雜物，沿河流形狀分布的裂縫附近 存在氧偏析的富α相區(qū)域。結(jié)合顯微硬度的分析，該偏析為硬偏析，其硬度遠(yuǎn)高于基體材料本身的硬度，在 變形時極易形成微裂紋成為裂紋源，從而引起開裂[2]。鈦合金的冶金缺陷主要是指夾雜和化學(xué)成分偏析。 夾雜一般分為低密度夾雜或硬α（或αⅠ型）和高密度夾雜；偏析一般分為α偏析（或αⅡ型）、β偏析（ 或β斑）和富Ti偏析三種[3]。鈦的低密度夾雜物主要是鈦的氮化物或氧化物，這些元素都屬于強(qiáng)α穩(wěn)定劑 ，所以又稱為αⅠ型夾雜或硬α缺陷，主要來源于污染的原料（比如局部氧化的海綿鈦）或不規(guī)范的加工工 藝（比如焊接氧化或打磨氧化等）。由于這些鈦的氧化物、氮化物的硬度比較高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于基體硬度，而且 比較脆，所以也稱為硬α夾雜。

圖2和圖4(a)中的夾雜物就屬于這種硬α氧化物夾雜。正是由于硬α氧化物夾雜的硬度比合金基體硬而脆， 硬度的顯著差異導(dǎo)致在變形過程中對應(yīng)力的反應(yīng)也差異較大，容易在夾雜處產(chǎn)生應(yīng)力集中并過早形成裂紋， 成為裂紋萌生的裂紋源。圖2和圖4(a)中的富α相區(qū)域是由于α穩(wěn)定元素O的富集形成的一種間隙元素偏析， 屬于α偏析，也稱為αⅡ型缺陷。間隙元素偏析在顯微組織中經(jīng)常表現(xiàn)為在空洞周圍存在大量的穩(wěn)定α相， 并且具有很高的硬度[4]，也容易在受力過大時產(chǎn)生裂紋。

通過以上綜合分析可以判斷，該批次TA10鈦合金φ72×7mm擠壓管坯在進(jìn)行冷軋φ51×4mm時產(chǎn)生開裂的主要 原因是管坯局部表面存在氧化物夾雜和氧元素偏析，這種硬α氧化物夾雜和硬偏析是產(chǎn)生開裂的裂紋源。

3、結(jié)論

此次發(fā)現(xiàn)的TA10鈦合金管坯在冷軋時產(chǎn)生的縱向開裂現(xiàn)象，其開裂的主要原因是管坯局部表面存在氧化物夾 雜和氧元素偏析，這兩種缺陷比合金基體硬而脆，在變形時極易形成裂紋源，從而引起冷軋開裂。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總 局.GB/T3620.1-2016鈦及鈦合金牌號和化學(xué)成分[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2017.

[2]李榮,魏東,許陸,武晶晶.外科植入用TA3鈦合 金接骨板斷裂失效分析[J].理化檢驗(yàn)(物理分冊),2016,52(12):897-899.

[3］馬濟(jì)民,賀金宇,龐克昌.鈦鑄錠和鍛造[M].北 京冶金工業(yè)出版社,2012:84-88．

[4］王金友,葛志明,周彥邦.航空用鈦合金[M].上 海:上海科學(xué)技術(shù)出版社,1985:224-231.

相關(guān)鏈接