Gr9 (Ti-3Al-2,5V) титаниева сплав е ниско-алуминиев еквивалент на титаниева сплав от тип почти-, получена от итеративното оптимизиране на сплав TC4. Притежава отлични механични свойства при високи и ниски температури, устойчивост на корозия и пластичност при студена и гореща обработка, като същевременно показва стабилна и надеждна възможност за формоване и заваряемост. Това е основен материал за олекотени-тръби от висок клас. Благодарение на всеобхватните си предимства в производителността, тръбите от титаниева сплав Gr9 се използват широко в ключови области като хидравлични горивни линии за авиационни двигатели, спортно оборудване от висок клас, корпуси за нефтени сондажи и тръбопроводи за топлообмен, където се поставят изключително високи изисквания към процеса на еднородност на материала, стабилност на микроструктурата и консистенция на формоване.
По време на производството на студено валцуване на партида от тръби от титаниева сплав Gr9 се появиха надлъжни проникващи пукнатини с голяма-площ, когато тръбите бяха изтънени от Φ70mm×8mm до Φ55mm×6mm. Пукнатините бяха локално концентрирани по надлъжната посока на тялото на тръбата, без очевидни драскотини, удари или други външни повреди по повърхността на тръбата. Пукнатините проникнаха напълно в стената на тръбата, причинявайки директно 60% процент на скрап за тази партида тръби, което сериозно повлия на напредъка на производството и степента на квалификация на готовия продукт. За точно идентифициране на основната причина за дефекта и разрешаване на проблема с партидното напукване, това проучване проведе систематични експерименти, включително анализ на компоненти, металографско наблюдение, анализ на морфологията на счупването и сравнение на микротвърдостта, за да анализира дълбоко механизма на напукване при студено валцуване на Gr9 тръби и да разработи целеви решения за оптимизация на процеса.
В този експеримент бяха събрани множество комплекти проби както от напуканите, така и от непокътнатите участъци на тръбата. Химическият състав беше анализиран с помощта на ICP спектрометър с директно-отчитане на пълен-спектър и анализатор за кислород и азот TC-600. Едновременно с това бяха подготвени надлъжни и напречни металографски проби и беше извършено металографско ецване с помощта на флуороводородна киселина, азотна киселина и ецвач на водна- основа. Разликите в структурата на матрицата се наблюдават с помощта на оптичен микроскоп. Микроструктурата на повърхността на счупване на пукнатината беше наблюдавана с помощта на сканиращ електронен микроскоп и беше проведено многоточково сравнително изпитване на твърдостта на двата типа проби с помощта на тестер за микротвърдост, за да се идентифицират цялостно основните причини за дефектите.
Анализът на състава разкрива аномалии в напуканите проби, с прекомерно съдържание на желязо и съдържание на кислород, приближаващи горната граница на стандарта, което значително допринася за колебанията в свойствата на материала. Металографският анализ показа, че непокътнатите зони на тръбата показват еднаква и стабилна стандартна равноосна структура с правилно подреждане на зърната и добра консистенция на микроструктурата; въпреки това, напуканите зони показват необичайно обогатяване на -фаза в напречна посока и значително по-груби зърна в надлъжна посока, показвайки тенденция към структурна трансформация на Widmanstätten и силно влошена еднородност на микроструктурата.
Микроскопското наблюдение на повърхността на счупване потвърди, че напукването на тръбата е типично междукристално крехко счупване, без характеристики на пластична деформация, което показва индуцирано от процес -напукване, причинено от нехомогенност на вътрешната микроструктура. Тестът за твърдост допълнително потвърждава дефекта, показвайки, че средната твърдост по Викерс в напуканата зона е с 15% по-висока от тази на нормалната матрица, образувайки локализирани закалени области и причинявайки неравномерно съпротивление на деформация при търкаляне в тръбата.
Анализът на изчерпателни експериментални данни разкри основната причина за груповото напукване в тръбите: по време на етапа на топене и дозиране на сплав Gr9, железни гвоздеи бяха използвани като допинг агент за легиращи елементи. Въпреки това, железните гвоздеи не могат да бъдат равномерно диспергирани по време на смесването, което води до неравномерно разпределение на желязото при електродите за топене. Това в крайна сметка доведе до локализирани дефекти на сегрегацията на желязото в слитъка. Тези отделени зони значително повишават твърдостта на материала и устойчивостта на деформация, образувайки локално втвърдени блокове. По време на последващо студено валцуване и висока пластична деформация, закалените зони не съответстват на капацитета на деформация на нормалната матрица, причинявайки концентрация на напрежение, която не може да бъде равномерно освободена. Това в крайна сметка доведе до крехко напукване по границите на зърната, образувайки надлъжни проникващи пукнатини.
За да се отговори на тази първопричина за дефекта на процеса, в края на производството бяха въведени прецизни модификации на процеса. Системата за дозиране на сплавта беше оптимизирана, като елиминира директното добавяне на железни гвоздеи и я замени с основни сплави TiFe и VAlFe, за да се постигне равномерно смесване и стабилно топене на легиращи елементи. След оптимизиране на процеса и проверка на производството на партидно валцоване, тръбите от титанова сплав Gr9 вече не показват дефекти като надлъжно напукване и локализирано крехко счупване. Микроструктурата на тръбата беше еднородна, размерите бяха стабилни и степента на квалификация на формоването беше значително подобрена, напълно проверявайки точността на анализа на причината за дефекта и ефективността на процеса на коригиране.
Това проучване върху процеса на крекинг при студено валцуване на тръби Gr9 ясно разкри фаталното въздействие на неравномерното дозиране на сплавта и сегрегацията на елементи върху качеството на формоване на тръбите от титанова сплав. При производството на прецизни тръби от титаниева сплав еднородността на дозирането на топене, контролът на примесните елементи и стабилността на микроструктурата са основните ключове за контролиране на качеството на формоването при студено валцуване. Чрез оптимизиране на процеса на дозиране на междинна сплав, дефекти като сегрегация на елементи, необичайна микроструктура и неравномерна твърдост могат да бъдат избегнати от източника, като напълно решава проблема с крехкото напукване при студено валцуване на тръби Gr9.
Това изследване предоставя важна теоретична подкрепа за стандартизираното,-мащабно и високо-качествено валцоване на тръби от титаниева сплав Gr9, като ефективно подобрява системата за контрол на процеса за дозиране на топене на титанова сплав и формоване на пластмаса и има значителна инженерна приложна стойност за подобряване на качеството и ефективността на прецизните титанови тръби, използвани в космическото, нефтохимическото и-висококласно оборудване.