Gr9 (Ti-3Al-2,5V) titanlegering er en lav-aluminiumekvivalent nesten- type titanlegering avledet fra iterativ optimalisering av TC4-legering. Den har utmerkede høy- og lavtemperatur mekaniske egenskaper, korrosjonsbestandighet og kald- og varmarbeidsplastisitet, samtidig som den viser stabil og pålitelig formbarhet og sveisbarhet. Det er et kjernemateriale for lettvektsrør av høy{12}}kvalitet. På grunn av sine omfattende ytelsesfordeler, er Gr9 titanlegeringsrør mye brukt i nøkkelområder som hydrauliske drivstofflinjer for flymotorer, avansert sportsutstyr, oljeboringsrør og varmevekslingsrørledninger, der ekstremt høye prosesskrav stilles til materialensartethet, mikrostrukturstabilitet og formingskonsistens.
Under kaldvalsingsproduksjonen av et parti med Gr9 titanlegeringsrør, oppstod det store -gjennomtrengende sprekker i lengderetningen når rørene ble tynnet fra Φ70mm×8mm til Φ55mm×6mm. Sprekkene var lokalt konsentrert langs rørlegemets lengderetning, uten tydelige riper, støt eller andre ytre skader på røroverflaten. Sprekkene penetrerte rørveggen fullstendig, noe som forårsaket en 60 % skraprate for denne batchen med rør, noe som hadde en alvorlig innvirkning på produksjonsfremdriften og kvalifiseringsgraden for ferdige produkter. For å nøyaktig identifisere grunnårsaken til defekten og løse batch-sprekkeproblemet, utførte denne studien systematiske eksperimenter inkludert komponentanalyse, metallografisk observasjon, bruddmorfologianalyse og mikrohardhetssammenligning for å dypt analysere kaldvalsings-sprekkemekanismen til Gr9-rør og utvikle målrettede prosessoptimaliseringsløsninger.
I dette eksperimentet ble flere sett med prøver samlet fra både de sprukne og intakte områdene av røret. Den kjemiske sammensetningen ble analysert ved bruk av et ICP full-spekter direkte-lesende spektrometer og en TC-600 oksygen- og nitrogenanalysator. Samtidig ble langsgående og tverrgående metallografiske prøver forberedt, og metallografisk etsing ble utført ved bruk av et flussyre-, salpetersyre- og vann-basert etsemiddel. Forskjeller i matrisestruktur ble observert ved bruk av et optisk mikroskop. Mikrostrukturen til sprekkbruddoverflaten ble observert ved hjelp av et skanningselektronmikroskop, og flerpunkts hardhetssammenligningstesting ble utført på begge typer prøver ved bruk av en mikrohardhetstester for å identifisere kjerneårsakene til defektene.
Sammensetningsanalyse avdekket abnormiteter i de sprukne prøvene, med for høyt jerninnhold og oksygeninnhold som nærmet seg den øvre grensen for standarden, noe som i betydelig grad bidro til fluktuasjoner i materialegenskaper. Metallografisk analyse viste at de intakte områdene av røret viste en jevn og stabil standard likeakset struktur med regelmessig kornarrangement og god mikrostrukturkonsistens; imidlertid viste de sprukne områdene unormal anrikning av -fase i tverrretningen og betydelig grovere korn i lengderetningen, noe som viste en trend mot Widmanstätten-strukturtransformasjon og alvorlig forringet mikrostrukturens enhetlighet.
Mikroskopisk observasjon av bruddoverflaten bekreftet at rørsprekkene var et typisk intergranulært sprøbrudd, uten plastiske deformasjonsegenskaper, noe som indikerer en prosess-indusert sprekkdannelse forårsaket av intern mikrostrukturinhomogenitet. Hardhetstesting bekreftet defekten ytterligere, og viste at den gjennomsnittlige Vickers-hardheten i det sprukne området var 15 % høyere enn for den normale matrisen, og dannet lokaliserte herdede områder og forårsaket ujevn motstand mot rulledeformasjon i røret.
Analyse av omfattende eksperimentelle data avslørte grunnårsaken til at batchen sprakk i rørene: Under Gr9-legeringssmelte- og batch-stadiet ble jernspiker brukt som dopingmiddel for legeringselementer. Imidlertid kunne ikke jernspikrene fordeles jevnt under blanding, noe som resulterte i ujevn jernfordeling ved smelteelektrodene. Dette førte til slutt til lokaliserte jernsegregeringsdefekter i barren. Disse segregerte områdene økte materialhardheten og deformasjonsmotstanden betydelig, og dannet lokalt herdede blokker. Under påfølgende kaldvalsing og høy plastisk deformasjon samsvarte ikke de herdede områdene deformasjonskapasiteten til den normale matrisen, noe som forårsaket spenningskonsentrasjon som ikke kunne frigjøres jevnt. Dette resulterte til slutt i sprø sprekkdannelse langs korngrensene, og dannet langsgående gjennomtrengende sprekker.
For å løse denne grunnårsaken til prosessfeilen, ble presise prosessmodifikasjoner implementert ved produksjonsslutt. Legeringsblandingssystemet ble optimalisert, og eliminerte direkte tilsetning av jernspiker og erstattet det med TiFe og VAlFe masterlegeringer for å oppnå jevn blanding og stabil smelting av legeringselementer. Etter prosessoptimalisering og produksjonsverifisering av satsvis rullende, viste Gr9 titanlegeringsrør ikke lenger defekter som langsgående sprekker og lokalt sprøbrudd. Rørets mikrostruktur var ensartet, dimensjonene var stabile, og formingskvalifiseringshastigheten ble betydelig forbedret, noe som bekreftet nøyaktigheten av analysen av defektårsak og effektiviteten av utbedringsprosessen.
Denne studien av kaldvalsende krakkingsprosessen til Gr9-rør avslørte tydelig den dødelige innvirkningen av ujevn legering og elementsegregering på formingskvaliteten til titanlegeringsrør. Ved produksjon av presisjonsrør av titanlegering er ensartethet i smelteblanding, kontroll av urenheter og mikrostrukturstabilitet kjernenøklene for å kontrollere kvaliteten på kaldvalsing. Ved å optimalisere den mellomliggende legeringsbatchprosessen, kan defekter som elementsegregering, unormal mikrostruktur og ujevn hardhet unngås fra kilden, noe som fullstendig løser problemet med sprø sprekkdannelse ved kaldvalsing av Gr9-rør.
Denne forskningen gir viktig teoretisk støtte for standardisert, stor-skala og høy-kvalitets rullende produksjon av Gr9 titanlegeringsrør, som effektivt forbedrer prosesskontrollsystemet for titanlegeringssmelting og plastforming, og har betydelig teknisk bruksverdi for å forbedre kvaliteten og effektiviteten til presisjons titanrør som brukes i petrokjemiske romfarts- og romfartsutstyr.