钛合金具有比强度高、中温性能好，抗腐蚀性能好等一系列优点。在室温下，钛合金的比强度高于高强钢和高强铝合金。同时，钛合金的比持久强度、比蠕变温度和比疲劳强度都明显高于耐热不锈钢。因此钛合金在航空、航天、化工和船舶等工业部门得到广泛应用，但钛合金及其零部件的失效也不可避免。对某钛合金壳体进行内腔充液压油的冲击试验，材料为钛合金TC6。TC6钛合金为马氏体型α+β两相热强钛合金，是目前应用最广泛的Ti-Al-Mo-Cr-Fe-Si系钛合金。Al在TC6合金中稳定并强化α相；同时加入Mo和Si，增加了β相的数量，有利于热加工和热稳定性的提高；Cr和Fe是β共析元素，通过强化α和β相提高中等温度下的拉伸强度。
当油压为37～39MPa，冲击频率为60次/min，冲击进行41400次后，壳体外表面有液压油喷出。油料的喷出严重影响生产的正常进行，并带来一定的安全隐患。为了防止液压油再次喷出，对失效钛合金壳体进行了宏观检查，对裂纹断口进行了宏、微观分析，并对金相组织、硬度等进行了分析，从而得出裂纹形成原因。
钛合金壳体的主要加工制造过程为：原材料（Φ130mm棒材）→超声波探伤→自由锻（942℃）→模锻（942℃）→热处理（等温退火910℃/2h+650℃/2h，空冷）→粗加工→去应力退火（500～550℃，3～5h，空冷）→螺纹部位喷丸→油封库存（F20防锈油）。钛合金壳体主要试验项目有：常温静压试验（压力42MPa，持续时间2min，共4次）→壳体配套用胶圈密封性能试验（内腔充液压油，125℃/2h+150℃/10min）→冲击试验（试验要求：90℃～125℃，冲击75000次；125～150℃，冲击25000次）。
分析结果表明，钛合金壳体外表面有富氧α层。漏油部位的穿透性裂纹及其它部位的非穿透性裂纹均从壳体外表面的富氧α层起始。在裂纹扩展过程中，除富氧α层区域外，裂纹两侧的组织未见明显异常，且裂纹源附近与基体的元素无明显差别；荧光探伤结果表明，除位于减重平台和一加强筋附近的部位出现裂纹外，与漏油裂纹处结构基本相似的另外一个加强筋附近未见裂纹。因此判断原始裂纹应出现在模锻件的热处理（等温退火910℃/2h+650℃/2h，空冷）之后。根据钛合金壳体的加工过程，推断原始裂纹形成于钛合金壳体的粗加工工序中。
钛合金壳体外表面存在富氧α层，富氧α层的组织形貌与基体的组织形貌存在较大差异。一般来说，富氧α层的形成及组织形貌与温度密切相关，温度低于800℃时，富氧α层的组织与基体组织差别不大，氧化温度高于800℃，富氧α层的组织与基体组织的差别越来越大。因此判断，钛合金壳体的富氧α层形成于钛合金锻造过程中。与基体材料相比，富氧α层硬而脆，容易在外力的作用下发生开裂。例如，含有富氧α层的圆柱光滑试棒在拉伸试验中，裂纹会从富氧α层起始向中间区域扩展，而不含富氧α层的圆柱光滑试样，裂纹表现为从圆棒中心区域起始向外扩展。
因此，对于钛合金锻件，一般要求采取适当的加工和处理，将富氧α层去掉。结合钛合金壳体的加工过程，推断原始裂纹的形成与富氧α层有关，即由于富氧α层硬而脆，在对壳体进行粗加工过程中，在外力的作用下，壳体壁厚较薄的部位在硬而脆的富氧α层处萌生了裂纹，并发生了扩展。（榕霖）


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