鈦及鈦合金作為結構金屬，具有比強度高、抗腐蝕性好、耐高溫等一系列突出優點，能夠進行多種方式的壓力加工成形、焊接和機械加工[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，可用于生產厚板、薄板、型材、鍛件、模鍛件、棒材和線材等，在飛機發動機和飛機結構件中應用廣泛[2]。 

文章針對TA15鈦合金冷軋板制成的滾筒零件進行了滲透檢測工藝研究，采用著色滲透檢測和不同靈敏度熒光滲透檢測方法對淺表裂紋缺陷試樣進行檢測試驗；對不同檢測方法和檢測靈敏度的檢測結果進行分析；最后，結合裂紋缺陷的微觀分析結果，對于淺表微裂紋滲透檢測給出了最優檢測方法和靈敏度推薦，以為TA15鈦合金冷軋板等制件的質量控制和滲透檢測工藝提供數據支持和保障[2-3]。 

1.   試驗材料與方法

試驗材料為TA15鈦合金冷軋板，其主要化學成分如表1所示。工程實踐表明在使用厚1.2 mm TA15鈦合金冷軋板冷彎圈筒的過程中發生過表面開裂現象。 

該零件的主要生產工序為：熔煉→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→成品常化→成品堿酸洗→成品剪切→成品檢驗。 

該零件的滲透檢測工序常規采用了溶劑去除型著色滲透檢測方法，發現表面存在裂紋顯示。后續在微觀分析過程中發現合格零件上也存在微裂紋。對該批次零件重新進行溶劑去除型著色滲透檢測，仍未發現微裂紋，因此對該批次零件進行徹底清洗后再進行熒光滲透檢測。最后，發現部分零件表面上存在微裂紋熒光顯示。為了檢驗滲透檢測方法的有效性，在微裂紋零件缺陷區域取樣制作典型試件，其實物如圖1所示，再對試件進行系統的熒光滲透檢測試驗，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方法的檢測試驗。 

圖  1  典型微裂紋試件實物

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

熒光滲透檢測工藝采用可水洗型熒光滲透檢測和親水性后乳化熒光滲透檢測方法。 

親水性后乳化熒光滲透檢測方法對應的滲透系統為Ⅰ類D法a型，熒光滲透劑選用2級（ZL-2C）、3級（ZL-27A）和4級（ZL-37）靈敏度，工藝參數按照標準HB/Z 61—1998《滲透檢驗》執行，乳化劑（ZR-10B）濃度為15%，乳化時間為30 s。顯像劑為干粉顯像劑（ZP-4B），顯像時間為15 min（均采用美國磁通公司產品）。 

可水洗型熒光滲透檢測方法對應的滲透系統為Ⅰ類A法a型，熒光滲透劑選用1級（ZL-19）、2級（ZL-60D）、3級（ZL-67）和4級（ZL-56）靈敏度，工藝參數按照標準HB/Z 61—1998執行。顯像劑為干粉顯像劑（ZP-4B），顯像時間為15 min（均采用美國磁通公司產品）。 

分別記錄檢測結果并進行缺陷的微觀分析，最終得出最佳的滲透檢測工藝[4-6]。 

2.   試驗結果與分析

2.1   溶劑去除型著色滲透檢測結果

使用溶劑去除型著色滲透檢測方法對試件進行檢測，檢測結果如圖2所示，未發現任何缺陷顯示。 

圖  2  試件著色滲透檢測結果

2.2   不同靈敏度可水洗型熒光滲透檢測結果

1級靈敏度可水洗型熒光滲透檢測方法的檢測結果如圖3所示，可見，在試件表面存在少量零星點狀顯示，顏色呈淡淡的藍白色，非常不清晰，一般作為正常的背景顯示處理。 

圖  3  1級靈敏度水洗法的試件檢測結果

2級靈敏度可水洗型熒光滲透檢測結果如圖4所示，可見，在試件表面存在零星點狀顯示，大部分顏色呈藍白色，顯示不清晰，但較1級水洗顯示略清晰，個別顯示能夠識別出異常。 

圖  4  2級靈敏度水洗法的試件檢測結果

3級靈敏度可水洗型熒光滲透檢測結果如圖5所示，可見，在試件表面存在零星點狀顯示，大部分顏色呈藍白色，顯示不清晰，與2級可水洗型檢測的顯示基本差不多，個別熒光顯示能夠識別出異常。 

圖  5  3級靈敏度水洗法的試件檢測結果

4級靈敏度可水洗型熒光滲透檢測結果如圖6所示，可見，在試件表面存在大量成片點狀顯示，顯示比較清晰，較1、2、3級可水洗型檢測的顯示更為清晰，但背景顯示更為嚴重。 

圖  6  4級靈敏度水洗法的試件檢測結果

2.3   不同靈敏度親水性后乳化熒光滲透檢測結果

2級靈敏度親水性后乳化熒光滲透檢測方法的檢測結果如圖7所示，可以看出，試件表面存在清晰零星點狀顯示，較水洗法顯示更為清晰，顯示能夠被識別出異常，背景顯示良好。 

圖  7  2級靈敏度后乳化法的試件檢測結果

3級靈敏度親水性后乳化熒光滲透檢測方法的檢測結果如圖8所示，可以看出，試件表面存在大量的點狀顯示，顯示清晰，較2級后乳化法的顯示結果更為清晰，一些更為細小的缺陷能夠被檢出。 

圖  8  3級靈敏度后乳化法的試件檢測結果

4級靈敏度親水性后乳化熒光滲透檢測方法的檢測結果如圖9所示，可以看出在試件表面存在大量的點狀顯示，顯示清晰，與2、3級親水性后乳化的顯示結果相比，清晰程度差不多但其背景更為嚴重。 

圖  9  4級靈敏度后乳化法的試件檢測結果

2.4   淺表微裂紋金相檢驗結果

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

圖  10  不同取樣的熒光顯示區域分布示意

1#區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#區域微裂紋金相照片

2#區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#區域微裂紋金相照片

3#區域的金相照片如圖13所示，可見未發現裂紋缺陷，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#區域金相照片

以上試驗結果表明，對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的，靈敏度達不到要求。 

采用1級靈敏度可水洗型熒光滲透檢測方法也無法保障此類裂紋缺陷的有效檢出，其一般會被認為是點狀的背景顯示而忽略掉。對于2級和3級可水洗型熒光滲透檢測方法而言，2級和3級靈敏度之間并沒有明顯差異，且較1級靈敏度更高，可發現深度為50 μm，深寬比大于4∶1的裂紋缺陷，但對于深度約為20 μm，深寬比約為2∶1的裂紋缺陷很難檢出。從4級靈敏度可水洗型熒光滲透檢測方法的結果來看，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，即便無缺陷區域（由于存在凹坑或者表面不平整等情況）也會有較為嚴重的背景。 

采用親水性后乳化熒光滲透檢測方法檢測時，2、3、4級靈敏度對1#區域和2#區域上的微裂紋均能夠檢測出來，但4級靈敏度背景不佳，3#區域也略有背景顯示，而2級和3級檢測結果基本一致，3級靈敏度的顯示邊界更為清晰。說明2、3級親水性后乳化熒光滲透檢測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級可水洗型熒光滲透檢測方法和4級親水性后乳化熒光滲透檢測方法要好。 

3.   結論

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

（2）對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方法和4級可水洗型熒光滲透檢測方法可以檢出。 

（3）對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級可水洗型熒光滲透檢測方法檢出概率不高，存在較大漏檢風險。 

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

文章來源——材料與測試網