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有色合金与技术

ZTC4钛合金支架失效原因分析

张志正，孟波波，杨莹，孙宏喆，乔海滨

（洛阳双瑞精铸钛业有限公司，河南洛阳471000）

摘要：通过对ZTC4钛合金支架机加工后的表面穿透性裂纹区域进行形貌分析、化学成分分析、金相

分析、裂纹端口分析、补焊区域检测分析，确认了裂纹产生的原因，给出了避免类似零件失效的生产建议。

结果表明：裂纹起源于支架的内壁，由内向外扩展穿透了整个壁厚。失效区域处于R角过渡边缘区域，是应

力易集中的部位，且该区域有四处缺陷集中分布，薄壁部位补焊面积大，进一步引起了应力集中。分析得出

缺陷集中、多次补焊是此次支架失效的主要原因。

关键词：钛合金；裂纹；补焊；应力集中

中图分类号：TG245文献标识码：B文章编号：16733320202501001505

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ZTC4钛合金因具有高比强度、高韧性、低密度、且靠近一侧凸台。裂纹形貌如蠕虫状，长度约12mm，

耐高温、耐腐蚀等诸多优点，被广泛应用于航空航天、见图2。

船舶、兵器等领域[1,2]。随着航空航天结构件向着轻量

化发展，熔模精密铸造较适合于批量、薄壁型钛合金铸

件的生产[3,4]。

本研究中的支架为ZTC4薄壁件，内腔壁厚2.5mm，

经熔模精密铸造而成，属于常见铸件。支架铸造工艺成

熟、浇道设计完善。铸件经射线探伤，R角过渡边缘区域

有四处缺陷，经过两次焊补，补焊面积整体超过4cm2，

补焊区域射线探伤合格，无内部缺陷存在；铸件焊接后

进行了去应力退火处理，热处理后进行了着色检验，未

出现裂纹等不良缺陷。经机械加工后，表面发现有约

图1支架铸件

12mm的穿透性裂纹。Fig.1Supportcasting

通过召集生产、工艺、质量、探伤与业务部门进行

了初步的不合格品审理，集中讨论分析了裂纹形成的原

因，对支架的失效区域进行了形貌分析、化学成分分析、

金相分析、裂纹端口分析、补焊区域检测分析，旨在找

出失效原因，提出改善措施，为后续同类产品提供生产

思路。

1支架宏观形貌

支架宏观形貌见图1，裂纹位于支架两个凸台之间，图2裂纹形貌

Fig.2Crackmorphology

收稿日期：2024-10-09

修定日期：2024-12-06

基金项目：中国船舶集团有限公司第七二五研究所研发基金项目（3723025001），洛阳市重大科技专项（2301002A）

作者简介：张志正（1968-），高级工程师，主要从事钛及钛合金铸造研究工作，E-mail:163.com。

通信作者：孟波波（1991-），工程师，主要从事钛合金铸造工艺研究工作，E-mail:163.com。

2025年第1期15

有色合金与技术

按图1中红线框所示切取试样，试样正面见图3（a），内向外扩展穿透了铸件整个壁厚；裂纹处于工艺夹头与

侧面见图3（b）。可见，裂纹位于支架的内腔处，内薄壁连接处附近，处于R角过渡边缘区域，是应力易

腔处壁厚为2.54mm，加强筋处壁厚为5.08mm，迎着集中的部位。

强光观察裂纹，可见裂纹中间已透亮，说明已裂透。