引言

GR2纯钛拥有密度幼、耐侵蚀性好和人体亲和性较好等特点，能够用来造作腕表框及表盖。由于腕表兼具装璜性职能，敌腕表用钛材的表表和组织均匀性要求较高，若是资料存在组织不均匀或其他缺点时，会影响制品的美观和使用。

GR2纯钛棒材在平端头工序中，会出现如图１所示缺点，此类缺点呈点状，不规定地散布在棒材端部，且会沿棒材纵向延长，延长长度凭据缺点大幼而定。此类缺点在端面打磨、抛光后越发显著，呈浮凸状。图２所示为带出缺点的GR2纯钛棒材造成表盖后点状缺点的描摹。从图中可见，棒材经过堵截、锻压、冲压、打磨、抛光后，点状缺点并没有解除，反而越发显著，严沉影响了腕表的美观和使用。因而，别离对此类典型缺点的化学成分、显微组织和维氏硬度等进行测试，并对点状缺点产生的原因及应对措施进行分析，以期可能解决此类问题。

1、尝试

尝试资料为GR2纯钛棒材，规格为φ20ｍｍ，化学成分如表１所示。棒材端面典型点状缺点见图３，图中可见ａ、ｂ两处缺点，观察发现ａ处缺点色彩较深，与基体反差较大
；表表有凸起景象，并有孔洞
；且散布集中，呈块状区域。ｂ处缺点呈发散状，散布区域较大，表表有凸起景象。

为了进一步分析缺点区域与基体组织的差距，沿典型缺点ａ区和ｂ区中心部位（图３中画线地位）沿棒材纵向切割。选取OLYMPUSPMG3型颠倒式显微镜观察其断面显微组织
；选取401MWD型数显显微维氏硬度计丈量ａ、ｂ两处缺点和基体的显微硬度，保压功夫为30ｓ，加载载荷为300ｇ
；选取JSM-6460扫描电镜的EDS附件分析缺点区域的化学成分
；选取岛津公司EPMA-1600型探针显微分析仪（EPMA）对ａ区纵向微量元素进行定量分析。

2、了局与会商

2.１　纵向显微组织分析

缺点样品沿纵向切割后的显微组织如图４所示，放大倍数均为50倍。图４ａ、ｂ、ｃ别离为缺点ａ区上端面、中部和下端面的显微组织，图４ｄ、ｅ、ｆ别离为缺点ｂ区上端面、中部和下端面的显微组织。

由纵向显微组织能够看出，缺点ａ区和缺点ｂ区均呈条带状，沿棒材纵向延长，有肯定的区域性
；缺点以表的基体组织为典型纯钛等轴α组织，晶粒等级约为９级，晶粒大幼均匀，晶界清澈，并且无“沿纵向延长」剽种景象。

图４ａ中缺点ａ区可见显著孔洞，并且沿纵向拉长
；从图４ｂ、ｃ能够看出，缺点ａ区纵向中部和下端面部没有孔洞，但是金相组织同周围正常部位相比出现出异常，可看到沿着棒材纵向有显著的条带状延长，有显著的区域性，天堑清澈，呈集束状
；

集束内的显微组织无论描摹还是晶粒大幼都与双方基体组织一致，只是在集束区内的晶粒佑装褶皱”景象，这种组织描摹应为ａ区端面缺点延长至该处“弱化”的一种体现，并未造成组织的扭转，只是影响界面描摹，最终缺点区域逐步隐没。

图４ｄ、ｅ、ｆ为典型缺点ｂ区的纵向显微组织。由图中可见，该区域两端面和中部区域显微组织根基一致，呈发散状的纵向延长，缺点区与基体区存在过渡区域，且弥散散布
；缺点区组织为条带状，并且与基体逐步过渡，从没有显著的晶界演变为晶界逐步清澈的拉长状晶粒，最终演变为晶界齐全的等轴组织。

综上，缺点区域蕴含孔洞及异常组织等冶金缺点，且均沿棒材纵向拉长、延长，这是由于钛锭在铸造、热轧加工成棒料时，孔洞等缺点沿纵向被拉长并残留在资料傍边。

2.2　显微硬度测试

图５为GR2纯钛棒材各区域显微硬度散布图。

从图中能够看出，缺点区域（ａ区和ｂ区）的显微硬度值显著高于基体，为3420～3696MPa，约为基体显微硬度的２倍
；遄橹捕壬⒉冀暇，为

1607～1803MPa
；缺点ａ区域左近基体硬度别离为1793、1803MPa，略高于缺点ｂ区左近基体的硬度，注明两处缺点对左近基体组织显微硬度的影响水平分歧，缺点ａ区对基体显微硬杜装响较大。

２.３　化学成分分析

为了分析缺点区域化学成分，利用EDS能谱仪对上述样品基体和两缺点区域进行成分检测，了局如表２所示。从EDS分析了局可见，基体与缺点区域主元素成分一致，均为Ti，无其他成分差距，由于EDS检测的精杜仔限，揣度应属于微量的杂质含量差距。利用EPMA分析步骤对缺点区域ａ进行面扫描分析，由于Ｈ元素质量较幼，对Ti、Fe、C、N、O进行分析，了局如图６所示。

其中，C、Ti、Fe的色带怀抱单元为质量分数（w％），N、O的色带怀抱单元为个性Ｘ射线强度。由EPMA分析了局可见，Ti、Fe、C、O元素含量均匀一致，缺点区域与基体部门含量相近，无显著区别
；N元素浓度在缺点区域显著高于周围基体。由此可见，缺点区域显微组织和显微硬度的差距是由于N元素的异常散布（氮富集）导致的。

3、改进措施

通常来说，钛与氮的亲和性较高，氮元素会对金属钛的机械机能产生影响。氮含量过高时，钛会变硬变脆。综上，GR2纯钛棒材中的点状缺点应为熔炼时部门产生了氮富集，其中一些氮以气泡的大局残留在铸锭傍边
；钛锭中有气泡残留的处所经铸造轧造加工后，气泡产生的孔洞沿纵向被拉长残留在资料傍边
；由于金属钛中氮元素会对资料机械机能产生影响，钛锭在铸造、热轧加工成棒料时由氮富集所导致的机械机能异常部位则沿棒料被纵向拉长
；棒料经横向切割、抛光后，氮富集导致的机械机能异常部位就出现了表表异常（浮凸状）景象。因而，分析以为该缺点产生的重要原因是铸锭熔炼时产生了氮富集，原资料或者熔炼时的环境节造环节出现了某些问题。

通过对铸锭的真空电弧熔炼过程进行分析，产生该问题的原因应为：①海绵钛的圣洁度不高，低品质海绵钛中含有富N的TIN颗粒，熔炼时未剔除干净
；②在电极焊接时未采取有效的
；ご胧，焊接时大气介质导致N元素增长。后续在熔炼过程中针对以上两点进行改善、验证，预先进行海绵钛的筛选，剔除氮化的海绵钛块（TIN）、带残渣或富铁及伴生元素的海绵钛块
；电极组焊时用氩气
；さ壤胱雍附，预防焊缝出现发蓝等氧化、氮化景象。经过几批次验证，制品棒材组织均匀，无点状缺点等类似缺点，该问题得到显著改善。

4、结论

(1) GR2纯钛棒材端部点状缺点拥有以下特质：宏观可见凸起景象，其中一些有孔洞
；缺点区域沿棒料纵向延长，显微组织同周围正常组织相比出现异常
；缺点区域的显微硬度约为基体显微硬度的２倍
；缺点区域位N含量较高（氮富集）。

(2) 氮元素会对金属钛的机械机能产生影响，氮含量过高钛会变硬变脆。文中所述GR2纯钛棒材中的点状缺点应为铸锭熔炼时部门产生了氮富集，可能原由于：一是海绵钛里含有富N的TIN颗粒，熔炼时未剔除干净
；二是在电极焊接时未采取有效的
；ご胧，焊接时接触大气导致N元素增长。

(3) 熔炼纯钛铸锭时预先进行海绵钛的筛选，剔除氮化的海绵钛块（TIN），电极组焊时用氩气
；さ壤胱雍附，预防与大气接触，可有效预防此类缺点。

参考文件

[1] 张喜燕，赵永庆，白晨曦．钛合金及利用［M］．北京：化学工业出版社，2005:92．

[2] 罕见金属资料加工手册编写组．罕见金属资料加工手册［M］．北京：冶金工业出版社，1984．

[3] 王海，魏芬绒，崔文俊，等．超低间隙TC4钛合金形变热处置工艺［J］．资料热处置学报，２2015，36(1)：52-55．