A Gr9 (Ti-3Al-2,5 V) titánötvözet egy alacsony-alumíniummal egyenértékű, közel- típusú titánötvözet, amelyet a TC4 ötvözet iteratív optimalizálásával nyernek. Kiváló magas és alacsony hőmérsékletű mechanikai tulajdonságokkal, korrózióállósággal, hideg és meleg megmunkálási plaszticitással rendelkezik, ugyanakkor stabil és megbízható alakíthatóságot és hegeszthetőséget mutat. Ez a kiváló minőségű, könnyű{12}csövek alapanyaga. Átfogó teljesítményelőnyeinek köszönhetően a Gr9 titánötvözet csöveket széles körben használják olyan kulcsfontosságú területeken, mint a repülőgép-motorok hidraulikus üzemanyag-vezetékei, csúcskategóriás sportfelszerelések, olajfúró burkolatok és hőcserélő csővezetékek, ahol rendkívül magas folyamatkövetelményeket támasztanak az anyagok egyenletességére, mikroszerkezeti stabilitására és a formázási konzisztenciára vonatkozóan.
A Gr9 titánötvözet csövek egy tételének hideghengerlése során nagy-felületű hosszirányú áthatoló repedések keletkeztek, amikor a csöveket Φ70mm × 8mm-ről Φ55mm × 6mm-re vékonyították. A repedések lokálisan a csőtest hosszanti iránya mentén koncentrálódtak, a cső felületén nem voltak nyilvánvaló karcolások, ütések vagy egyéb külső sérülések. A repedések teljesen áthatoltak a cső falán, közvetlenül 60%-os selejt arányt okozva ennél a csőkötegnél, súlyosan befolyásolva a gyártás előrehaladását és a késztermék minősítési arányát. A hiba kiváltó okának pontos azonosítása és a szakaszos repedési probléma megoldása érdekében ez a tanulmány szisztematikus kísérleteket végzett, beleértve az alkatrészelemzést, a metallográfiai megfigyelést, a törésmorfológiai elemzést és a mikrokeménység-összehasonlítást a Gr9 csövek hideghengerlési repedési mechanizmusának mélyreható elemzésére és célzott folyamatoptimalizálási megoldások kidolgozására.
Ebben a kísérletben több mintasorozatot gyűjtöttek a cső repedt és sértetlen területéről. A kémiai összetételt ICP teljes-spektrumú közvetlen-leolvasási spektrométerrel és TC-600 oxigén- és nitrogénelemzővel elemeztük. Ezzel párhuzamosan longitudinális és keresztirányú metallográfiai mintákat készítettek, és metallográfiai maratást végeztek fluorsav, salétromsav és víz{8} alapú maratószerrel. A mátrix szerkezetének különbségeit optikai mikroszkóppal figyeltük meg. A repedés törésfelületének mikroszerkezetét pásztázó elektronmikroszkóp segítségével figyelték meg, és mindkét mintatípuson többpontos keménység-összehasonlító vizsgálatot végeztek mikrokeménységmérővel, hogy átfogóan azonosítsák a hibák fő okait.
Az összetételi elemzés a repedt mintákban rendellenességeket tárt fel, a túlzott vas- és oxigéntartalom megközelítette a szabvány felső határát, jelentősen hozzájárulva az anyagtulajdonságok ingadozásához. A metallográfiai analízis kimutatta, hogy a cső ép részei egységes és stabil, szabványos egyenlőtengelyű szerkezetet mutattak, szabályos szemcseelrendezéssel és jó mikroszerkezeti konzisztenciával; a repedezett területek azonban a -fázis abnormális feldúsulását mutatták keresztirányban, és lényegesen durvább szemcséket hosszirányban, ami a Widmanstätten-féle szerkezeti átalakulás irányába mutat, és súlyosan romlott a mikrostruktúra egységessége.
A törésfelület mikroszkópos megfigyelése megerősítette, hogy a csőrepedés tipikus szemcseközi rideg törés volt, plasztikus alakváltozási jellemzők nélkül, ami a mikrostruktúra belső inhomogenitása által okozott, folyamat{0}}kiváltotta repedést jelez. A keménységvizsgálat tovább erősítette a hibát, és azt mutatta, hogy az átlagos Vickers-keménység a repedt területen 15%-kal magasabb, mint a normál mátrixé, ami lokalizált megkeményedett régiókat képezett, és egyenetlen ellenállást okoz a cső gördülési deformációjával szemben.
Az átfogó kísérleti adatok elemzése feltárta a csövek szakaszos repedésének kiváltó okát: A Gr9 ötvözet olvasztási és adagolási szakaszában vasszögeket használtak ötvözőanyagként. A vasszögek azonban nem tudtak egyenletesen eloszlatni a keverés során, ami egyenetlen vaseloszlást eredményezett az olvasztóelektródáknál. Ez végül lokalizált vas szegregációs hibákhoz vezetett az öntvényen belül. Ezek az elkülönített területek jelentősen növelték az anyag keménységét és az alakváltozási ellenállást, helyileg edzett blokkokat képezve. Az ezt követő hideghengerlés és a nagy képlékeny deformáció során az edzett területek nem egyeztek meg a normál mátrix deformációs képességével, így a feszültségkoncentrációt nem lehetett egyenletesen felszabadítani. Ez végül rideg repedéseket eredményezett a szemcsehatárok mentén, és hosszanti áthatoló repedéseket képezett.
A folyamathiba ezen kiváltó okának orvoslására a gyártás végén pontos eljárásmódosításokat hajtottak végre. Az ötvözet-adagoló rendszert optimalizálták, kiküszöbölve a vasszegek közvetlen hozzáadását, és TiFe és VAlFe mesterötvözetekkel helyettesítették az ötvözőelemek egyenletes keveredésének és stabil olvasztásának elérése érdekében. A folyamat optimalizálása és a kötegelt hengerlési gyártás ellenőrzése után a Gr9 titánötvözet csövek már nem mutattak hibákat, például hosszirányú repedést és helyi rideg törést. A cső mikroszerkezete egységes, a méretek stabilak, az alakítási minősítési arány jelentősen javult, teljes mértékben igazolva a hibaok-elemzés pontosságát és a javítási folyamat hatékonyságát.
Ez a Gr9 csövek hideghengerlési repedési folyamatával foglalkozó tanulmány egyértelműen feltárta az egyenetlen ötvözet-adagolás és az elemek szegregációjának végzetes hatását a titánötvözet csövek alakítási minőségére. A precíziós titánötvözet csövek gyártása során az olvasztási adagolás egyenletessége, a szennyező elemek szabályozása és a mikrostruktúra stabilitása a központi kulcs a hideghengerlés minőségének ellenőrzéséhez. A közbenső ötvözet adagolási folyamatának optimalizálásával elkerülhetők az olyan hibák, mint az elemek szétválása, a kóros mikroszerkezet és az egyenetlen keménység a forrásból, ami teljesen megoldja a rideg repedés problémáját a Gr9 csövek hideghengerlésekor.
Ez a kutatás fontos elméleti alátámasztást nyújt a Gr9 titánötvözet csövek szabványos, nagy-léptékű és jó-minőségű hengerelt gyártásához, hatékonyan fejleszti a titánötvözet olvasztásának és a műanyag alakításának folyamatvezérlő rendszerét, és jelentős mérnöki alkalmazási értékkel rendelkezik a precíziós titán csövek minőségének és hatékonyságának javítására, amelyeket repüléstechnikai, űrkutatási, űrkutatási és petrokémiai berendezésekben használnak.