钛合金板材超塑成形和扩散连接件检测

随着航空航天、医疗器械及高端装备制造领域对轻量化、高性能材料需求的不断提升，钛合金凭借其优异的比强度、耐腐蚀性和高温性能，成为关键结构材料的首选。超塑成形（SPF）与扩散连接（DB）技术结合，可制备复杂空腔结构件，大幅降低装配成本。然而，工艺过程中易出现的晶粒粗化、微观缺陷及连接强度不足等问题，直接影响构件的可靠性和寿命。因此，建立系统化、多尺度的检测体系对保障产品质量至关重要。

一、检测范围

钛合金SPF/DB件的检测需覆盖全生命周期关键节点，主要包括：

• 原材料验证：板材化学成分、初始晶粒度、表面洁净度
• 成形过程监控：温度均匀性、应变速率控制、气体压力波动
• 连接界面评价：扩散层完整性、空洞缺陷分布、元素互扩散行为
• 成品性能检验：几何精度、残余应力、疲劳寿命预测

此多维检测体系可精准定位工艺缺陷，为工艺优化提供数据支撑。

 

二、检测项目与技术方法

1. 微观组织分析

采用金相显微镜（OM）和扫描电镜（SEM）进行晶粒形貌观测，依据GB/T 5168-2020标准评估超塑变形后的晶粒尺寸均匀性。通过电子背散射衍射（EBSD）技术解析晶界取向分布，识别局部应变集中区域。

2. 力学性能测试

使用微机控制万能试验机进行室温/高温拉伸试验（参照ASTM E8），测定抗拉强度、延伸率等关键指标。针对扩散连接界面，采用显微硬度计进行纳米压痕测试，绘制硬度梯度曲线，评估连接区冶金结合质量。

3. 缺陷无损检测

• X射线断层扫描（CT）：分辨率可达5μm，三维重构内部孔洞、裂纹分布
• 超声波相控阵检测：采用10MHz高频探头，检出面积型缺陷灵敏度达Φ0.5mm
• 渗透检测：依据HB/Z 61-2018标准，检测表面微裂纹及开口缺陷

4. 化学成分表征

运用电感耦合等离子体光谱仪（ICP-OES）定量分析基体元素含量，辉光放电质谱仪（GD-MS）检测表面污染元素（如O、N、C），控制杂质含量在0.15%以下。

三、关键检测仪器及参数

• 高温应变测量系统：工作温度范围800-950℃，应变分辨率0.01%
• 激光共聚焦显微镜：Z轴分辨率0.1nm，实现三维表面粗糙度分析
• 残余应力分析仪：基于X射线衍射法，测量深度达50μm，精度±20MPa
• 热机械模拟试验机（Gleeble）：复现SPF/DB热循环过程，采集动态流变应力数据

四、典型缺陷与处理对策

通过大数据分析历史检测案例，发现主要缺陷类型包括：

• 超塑成形区厚度减薄率超标（＞30%）
• 扩散界面存在未结合区（面积占比＞5%）
• 表层α脆性相富集（厚度＞10μm）

针对性地调整模具润滑方案、优化升温速率（建议≤15℃/min）、引入中间退火工艺可有效改善。

 

五、结论与展望

钛合金SPF/DB件的系统化检测是保证航空发动机叶片、航天器燃料箱等关键部件服役安全的核心保障。未来检测技术将向多物理场耦合检测方向发展，如在线红外热成像与数字图像相关（DIC）技术的融合应用，实现制造过程的全维度监控。同时，基于机器学习的缺陷智能识别系统可提升检测效率50%以上，推动高端装备制造的智能化升级。

了解中析

实验室仪器

合作客户