IC10單晶高溫合金葉片熒光滲透檢測的缺陷顯示

王樹志,劉廣華,王本志,王 東,馬 瀟

(1.中航工業(yè)北京航空材料研究院 航空材料檢測與評價(jià)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室材料檢測與評價(jià)航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100095;2.北京百慕航材高科股份有限公司,北京100094)

IC10單晶高溫合金葉片熒光滲透檢測的缺陷顯示

王樹志1,劉廣華1,王本志2,王 東1,馬 瀟1

(1.中航工業(yè)北京航空材料研究院 航空材料檢測與評價(jià)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室材料檢測與評價(jià)航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100095;2.北京百慕航材高科股份有限公司,北京100094)

對IC10單晶高溫合金導(dǎo)向葉片熒光滲透檢測的缺陷熒光顯示進(jìn)行了分析,確定了缺陷性質(zhì)主要為顯微疏松缺陷;通過對比試驗(yàn)獲取了航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片常用的滲透檢測靈敏度等級和方法的特點(diǎn)和區(qū)別。試驗(yàn)結(jié)果表明:采用后乳化熒光滲透檢測法對IC10單晶高溫合金導(dǎo)向葉片缺陷的檢出更為合適。

滲透檢測;單晶;高溫合金;缺陷;熒光顯示

由于單晶高溫合金消除了所有晶界,去除了容易產(chǎn)生的裂紋源,故具有壽命長、蠕變速率低和抗熱疲勞性能良好的優(yōu)點(diǎn)[1－3]。

在單晶高溫合金鑄件凝固過程中,影響其組織和性能的因素有很多,如合金成分的復(fù)雜性、工藝條件及參數(shù)的不合理等均可造成夾雜、疏松、氣孔和裂紋等缺陷的產(chǎn)生[4－5]。這些缺陷的存在會造成零件的提前失效,因此需要對單晶高溫合金零件進(jìn)行無損檢測以保證零件的質(zhì)量。

熒光滲透檢測是保證單晶高溫合金鑄件表面質(zhì)量最為重要的無損檢測手段,其可檢出零件表面裂紋、夾雜、疏松等缺陷,且檢測靈敏度較高,被廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)葉片零件表面的質(zhì)量控制中[6－10]。

筆者對IC10單晶高溫合金葉片在熒光滲透檢測過程中出現(xiàn)的缺陷熒光顯示進(jìn)行分析,確定了缺陷性質(zhì)。通過滲透檢測對比試驗(yàn),獲取了航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片常用的滲透檢測靈敏度等級和方法的特點(diǎn)與區(qū)別。結(jié)果表明:IC10單晶高溫合金葉片缺陷的熒光顯示主要為顯微疏松缺陷,采用后乳化方法對缺陷的檢出更為合適。研究結(jié)果為單晶高溫合金葉片等關(guān)鍵件的質(zhì)量控制和發(fā)動機(jī)的安全運(yùn)行提供了數(shù)據(jù)支持和質(zhì)量保障。

1 試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)材料選用IC10單晶高溫合金,該材料是為滿足我國先進(jìn)的高推重比航空發(fā)動機(jī)要求而研制出的新型定向凝固高溫合金材料,使用溫度達(dá)到1 100℃,具有良好的抗氧化、耐腐蝕性能,優(yōu)異的鑄造性能。另外該材料可以進(jìn)行大緣板等復(fù)雜結(jié)構(gòu)空心導(dǎo)向葉片的整體定向凝固成形,IC10單晶高溫合金的主要化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為C 0.07%～0.12%,Cr 6.5%～7.5%,Co 11.5%～12.5%, W 4.8%～5.2%,Mo 1.0%～2.0%,Al 5.6%～6.2%,Ta 6.5%～7.5%,Hf 1.3%～1.7%,B 0.01%～0.02%,Ni為余量。

按照工藝流程中規(guī)定的三級自乳化方法對IC10單晶高溫合金葉片進(jìn)行熒光滲透檢測,并記錄缺陷顯示,再對缺陷位置進(jìn)行取樣,使用金相顯微鏡進(jìn)行微觀觀察進(jìn)而確定缺陷性質(zhì)。然后采用三級靈敏度后乳化方法檢測,比對自乳化和后乳化兩種方法對IC10單晶高溫合金葉片上缺陷熒光顯示的影響。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

使用三級靈敏度自乳化滲透液對3件IC10單晶高溫合金葉片進(jìn)行熒光滲透檢測,結(jié)果如圖1所示。可見每個(gè)葉片局部表面出現(xiàn)點(diǎn)狀或片狀熒光顯示。

而使用三級靈敏度后乳化滲透液對3件IC10單晶高溫合金葉片進(jìn)行檢測,結(jié)果如圖2所示?？梢妶D2中的熒光顯示較圖1中的熒光顯示更為清晰,另外在其他區(qū)域出現(xiàn)了輕微的點(diǎn)狀熒光顯示。

圖1 采用自乳化后IC10單晶高溫合金葉片熒光滲透檢測結(jié)果

圖2 采用后乳化后IC10單晶高溫合金葉片熒光滲透檢測結(jié)果

圖3 嚴(yán)重點(diǎn)狀或片狀缺陷熒光顯示微觀照片

對均出現(xiàn)嚴(yán)重點(diǎn)狀或片狀熒光顯示的1號葉片的顯示部位進(jìn)行取樣制成金相試樣,然后在顯微鏡下觀察,發(fā)現(xiàn)該熒光顯示的性質(zhì)為顯微疏松缺陷,且較為嚴(yán)重,疏松缺陷的最大直徑可達(dá)150μm,如圖3所示。對疏松缺陷進(jìn)行縱深制取試樣,然后觀察其分布深度如圖4所示,可見其分布深度在0.4 mm范圍內(nèi)。

對1號葉片上出現(xiàn)的輕微點(diǎn)狀熒光顯示部位進(jìn)行取樣制成金相試樣,然后在顯微鏡下觀察,顯示結(jié)果如圖5所示,發(fā)現(xiàn)該熒光顯示的性質(zhì)仍為顯微疏松缺陷,且較為輕微,疏松缺陷的最大直徑只有約15μm,深度只有0.1 mm。

對2號葉片進(jìn)行打磨拋光處理后再進(jìn)行滲透檢測,打磨深度約為0.1 mm,結(jié)果如圖6所示,可見熒光顯示均已消失,說明已經(jīng)被打磨排除。

圖4 嚴(yán)重點(diǎn)狀或片狀缺陷熒光顯示分布深度

圖5 輕微點(diǎn)狀缺陷熒光顯示微觀照片

圖6 2號葉片打磨后的熒光滲透顯示結(jié)果

圖7所示為3號試樣進(jìn)行打磨后的滲透檢測結(jié)果,可見熒光顯示并未全部消失,而是仍有輕微的熒光顯示存在。說明其顯微疏松的深度超過了打磨深度,造成缺陷沒有被排除干凈。

圖7 3號葉片打磨后的熒光滲透顯示結(jié)果

以上試驗(yàn)結(jié)果表明,IC10單晶高溫合金葉片缺陷熒光顯示主要為顯微疏松缺陷,顯微疏松的直徑在15～150μm間,深度范圍主要為0～0.4 mm。

顯微疏松缺陷尺寸不一,存在方式有三種:①缺陷充分暴露于表面,開口較大深度較深,很容易檢測到;②部分疏松缺陷未暴露于表面,滲透液滲入不到缺陷中,無法檢測到缺陷;③缺陷雖然暴露于表面,但是開口非常小,滲透液滲入到缺陷中較慢,且缺陷中的滲透液很難重新返滲出來,造成顯像不充分。這些情況容易造成漏檢。

上述試驗(yàn)(圖1與圖2對比)說明,采用后乳化滲透檢測方法可以盡可能地檢測出尺寸較小的缺陷和開口較小而內(nèi)部容積較大的缺陷。因此,采用后乳化滲透檢測方法對缺陷的檢出更為適合。

3 結(jié)論

(1)IC10單晶高溫合金葉片缺陷熒光顯示主要為顯微疏松缺陷,顯微疏松的直徑在15～150μm間,深度范圍主要為0～0.4 mm。

(2)在滲透檢測過程中,檢測技術(shù)人員應(yīng)充分考慮缺陷尺寸較大且表面開口較小的缺陷。

(3)采用后乳化滲透檢測方法更適合IC10單晶高溫合金葉片的檢測。

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The Defect Indication of Fluorescent Penetrating Inspection for IC10 Single Crystal Super Alloy Blade

WANG Shu-zhi1,LIU Guang-hua1,WANG Ben-zhi2,WANG Dong1,MA Xiao1
(1.Aviation Key Laboratory of Science and Technology on Aeronautical Materials Testing and Evaluation, Beijing Key Laboratory of Aeronautical Materials Testing and Evaluation,AVIC Beijing Institute of Aeronautical Materials,Beijing 100095,China;2.BIAMTEC Material Co.,Ltd.,Beijing 100094,China)

The defects indications are analysed for IC10 single crystal blades inspected by FPI method.The defects indications are mainly microporosity defects,the FPI sensitivity class and the character and difference of method are got by FPI contrast testing.It is indicated that the Post emulsification fluorescence penetrant inspecting method is fit for defect inspection.

Penetrating inspection;Single crystal;Super alloy;Defect;Fluorescent indication

TG115.28

:A

:1000-6656(2017)01-0035-03

10.11973/wsjc201701009

2016-07-10

王樹志(1980－),男,高級工程師,主要從事磁粉和滲透檢測方面的研究工作。

王樹志,E-mail:wsz_000411＠qq.com。