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在目视检验某机低压涡轮叶片时发现在叶盆面与榫头转接R处存在一直径约1mm的缺陷缺陷位置及形貌见图1和2 。 将缺陷处用砂纸打磨并腐蚀后观察发现缺陷处较基体不易腐蚀呈白亮色 。 将叶片放入扫描电镜进行能谱分析发现缺陷部位主要成分为W80.7%Ni7.8%Co2.3%Si3.7%和Cr2.1%等可初步判断缺陷性质为钨夹杂 。
一般来说钨夹杂多是在采用钨极氩弧焊打底+手工电弧焊或者钨极氩弧焊时钨极崩落的碎屑留在焊缝内形成的高密度夹杂物(俗称夹钨) 。 虽然钨的熔点很高但在GH4049电渣锭开坯及轧制温度下仍有一定的塑性会随变形方向分布(包括点状、条状及连续点状等) 。 作为一种体积型缺陷由于夹杂的存在将导致合金屈服强度与抗拉强度差距明显缩小 。 当GH4049合金叶片等零件内部存在钨夹杂时夹杂将引起应力集中并成为交变载荷下的疲劳源严重影响航空发动机涡轮叶片、箍段和箍套等零件的使用可靠性 。 经查钢厂提供用于制造某发动机零件的GH4049合金棒材(φ32mmφ28mm和φ8mm三种规格)已全部投产加工 。 为保证零件质量和使用的可靠性研究并确定有效的射线检测工艺迫在眉睫 。
1GH4049合金材料的特点
GH4049合金是复杂合金化的镍基高温合金950℃以下有较高的高温强度适宜制造900℃以下长期工作的航空发动机涡轮叶片或其它高温部件 。 GH4049合金经标准热处理后组织是在γ固溶体的基体上分布有呈方形及球形的γ/[Ni3Al或Ni3(AlTi)
沿晶界呈细小链状分布的M6CMC以及少量的M23C6(均为碳化物)和M3B2(硼化物)MC和M3B2是初生相沿变形方向分布 。 长期使用(时效)后没有新相析出只有γ/[Ni3Al或Ni3(AlTi)
的集聚长大以及M6C和M23C6碳化物的增多和形状的改变 。
2射线检测工艺
2.1设备与器材的选择
透照采用XYD-3010固定式X射线机所用辅助器材主要有铅箔增感屏、GYL-Ⅲ型胶片、GB5617-1985丝型像质计及暗袋和铅字等 。
2.2曝光参数的确定
【GH4049镍基合金钨夹杂射线检测工艺研究】2.2.1焦距
焦距直接影响射线照相的几何不清晰度值进而影响总的不清晰度值和小细节的射线照相对比度 。 因此选取焦距时应考虑:必须满足射线照相对几何不清晰度的规定必须给出一定大小的均匀透照区 。 前者限定了可采用的焦距最小值后者是有效透照区所要求的焦距 。 目前对钢铁等重金属材料常采用的规定方式如下:
式中f—射线源至物体源侧表面的距离mm;
d—射线源尺寸mm;
b—物体源侧表面至胶片的距离mm 。
当物体源侧表面与胶片间的距离较小时(如小于零件厚度的20%)b常指零件本身的厚度T 。 由于涡轮叶片、箍段和箍套等均属于航空零部件关键件所以必须采用B级射线检测技术 。 将源尺寸d=3.0mm被检测厚度Tmin=2mm和Tmax=21mm分别代入式(2)求得f分别为71.4和342.5mm 。 实际透照时依据涡轮叶片、箍段和箍套等零件的不同结构特点和批次数量采用的焦距为1200～2000mm完全满足最小焦距要求 。
2.2.2透照参数
按照射线检测的基本原理当采用一定焦距透照同一材质、不同厚度的零件时需考虑厚度宽容度即在这个厚度差内射线照相灵敏度和射线照片黑度都应符合规定的要求 。 射线照相厚度宽容度决定于透照时所选用的射线能量和射线胶片 。 因此在透照某发动机涡轮叶片、箍段和箍套等零件时根据所用X射线机曝光曲线通过试验确定了透照参数具体数值及获得的底片影像质量见表1 。
2.2.3X射线检查结果
对故障叶片(编号18A01807)缺陷处进行X光检查发现在叶盆面与榫头转接R处存在的缺陷在底片上反映出其内部实际上长度近6mm;对钢厂同期生产的GH4049棒材加工制造的所有叶片、箍段和箍套等零件(合计10855件)的成品和半成品进行X射线检查发现另有5件叶片、4件箍段的半成品存在夹杂(图3) 。
3夹杂性质及成因分析
3.1金相分析
(1)将X光底片上有夹杂显示的、编号为18A01035的叶片横截面磨制成金相试样进行组织观察和成分分析 。 缺陷在叶片中所处的位置见图4所示缺陷位于叶身中部近叶背位置其横截面大小约为0.4mm×0.18mm 。 经显微镜和扫描电镜观察为缺陷横截面呈“海绵”状缺陷和基体相互包容交界处未见分离现象(图5) 。 在叶片近叶盆部位发现有另一处长约0.4mm的缺陷缺陷的组织形态与叶背处缺陷相同(图6) 。 能谱分析为:由于缺陷呈“海绵”状在含钨量较高的白亮区中间掺杂着黑色的基体成分所以用能谱进行不同区域的成分分析时不具有规律性钨含量在55%～60%之间两个位置缺陷的分析结果相同 。
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