Titanova zlitina Gr9 (Ti-3Al-2,5 V) je titanova zlitina z nizko vsebnostjo-aluminija blizu - vrste, ki izhaja iz iterativne optimizacije zlitine TC4. Ima odlične mehanske lastnosti pri visokih in nizkih temperaturah, odpornost proti koroziji ter plastičnost pri hladni in vroči obdelavi, obenem pa kaže stabilno in zanesljivo sposobnost oblikovanja in varljivost. Je osnovni material za-lahke cevi visokega razreda. Zaradi svojih obsežnih prednosti delovanja se cev iz titanove zlitine Gr9 pogosto uporablja na ključnih področjih, kot so hidravlične cevi za gorivo za letalske motorje, vrhunska športna oprema, ohišja vrtin za olje in cevovodi za izmenjavo toplote, kjer so izjemno visoke zahteve glede enotnosti materiala, stabilnosti mikrostrukture in konsistence oblikovanja.
Med proizvodnjo serije cevi iz titanove zlitine Gr9 pri hladnem valjanju so se pojavile velike{1}}površinske vzdolžne prodorne razpoke, ko so bile cevi stanjšane s Φ70 mm × 8 mm na Φ55 mm × 6 mm. Razpoke so bile lokalno koncentrirane vzdolž vzdolžne smeri telesa cevi, brez očitnih prask, udarcev ali drugih zunanjih poškodb na površini cevi. Razpoke so popolnoma predrle steno cevi, kar je neposredno povzročilo 60-odstotno stopnjo odpada te serije cevi, kar je resno vplivalo na napredek proizvodnje in stopnjo kvalifikacije končnega izdelka. Za natančno identifikacijo temeljnega vzroka napake in rešitev problema šaržnega razpokanja je ta študija izvedla sistematične poskuse, vključno z analizo komponent, metalografskim opazovanjem, analizo morfologije zloma in primerjavo mikrotrdote, da bi poglobljeno analizirali mehanizem pokanja pri hladnem valjanju cevi Gr9 in razvili ciljne rešitve za optimizacijo procesa.
V tem poskusu je bilo zbranih več nizov vzorcev iz razpokanih in nepoškodovanih delov cevi. Kemična sestava je bila analizirana s spektrometrom ICP z neposrednim -odčitavanjem polnega{1}}spektra in analizatorjem kisika in dušika TC-600. Hkrati so bili pripravljeni vzdolžni in prečni metalografski vzorci ter izvedeno metalografsko jedkanje z jedkalom na osnovi fluorovodikove kisline, dušikove kisline in vode-. Razlike v strukturi matriksa so opazovali z optičnim mikroskopom. Mikrostrukturo lomne površine razpoke smo opazovali z uporabo vrstičnega elektronskega mikroskopa in na obeh vrstah vzorcev smo izvedli večtočkovno primerjalno testiranje trdote z merilnikom mikrotrdote, da bi celovito identificirali glavne vzroke napak.
Analiza sestave je pokazala nenormalnosti v razpokanih vzorcih, pri čemer se je čezmerna vsebnost železa in vsebnost kisika približala zgornji meji standarda, kar je pomembno prispevalo k nihanju lastnosti materiala. Metalografska analiza je pokazala, da so nedotaknjena področja cevi izkazovala enotno in stabilno standardno enakoosno strukturo s pravilno razporeditvijo zrn in dobro konsistenco mikrostrukture; vendar pa so razpokana območja pokazala nenormalno obogatitev -faze v prečni smeri in bistveno bolj groba zrna v vzdolžni smeri, kar kaže trend k strukturni transformaciji Widmanstätten in močno poslabšano enakomernost mikrostrukture.
Mikroskopsko opazovanje površine loma je potrdilo, da je šlo pri razpokanju cevi za tipičen intergranularni krhki lom, brez značilnosti plastične deformacije, kar kaže na proces-inducirano razpokanje, ki ga povzroča nehomogenost notranje mikrostrukture. Preizkušanje trdote je dodatno potrdilo napako in pokazalo, da je bila povprečna Vickersova trdota na razpokanem območju za 15 % višja od trdote običajne matrice, kar je povzročilo lokalizirana utrjena območja in povzročilo neenakomeren upor proti kotalni deformaciji v cevi.
Analiza obsežnih eksperimentalnih podatkov je razkrila temeljni vzrok šaržnega razpokanja v ceveh: med fazo taljenja in doziranja zlitine Gr9 so bili kot doping sredstvo za legirne elemente uporabljeni železni žeblji. Vendar železnih žebljev med mešanjem ni bilo mogoče enakomerno razpršiti, kar je povzročilo neenakomerno porazdelitev železa na talilnih elektrodah. To je na koncu privedlo do lokaliziranih napak pri ločevanju železa znotraj ingota. Ta ločena območja so znatno povečala trdoto materiala in odpornost proti deformacijam ter tvorila lokalno utrjene bloke. Med kasnejšim hladnim valjanjem in visoko plastično deformacijo se utrjena območja niso ujemala z deformacijsko zmogljivostjo normalne matrice, kar je povzročilo koncentracijo napetosti, ki je ni bilo mogoče enakomerno sprostiti. To je na koncu povzročilo krhke razpoke vzdolž meja zrn, ki tvorijo vzdolžne prodorne razpoke.
Za odpravo tega temeljnega vzroka napake v procesu so bile na koncu proizvodnje izvedene natančne modifikacije procesa. Sistem doziranja zlitin je bil optimiziran, pri čemer je odpravljeno neposredno dodajanje železnih žebljev in nadomeščeno z osnovnimi zlitinami TiFe in VAlFe, da se doseže enakomerno mešanje in stabilno taljenje legirnih elementov. Po optimizaciji postopka in preverjanju proizvodnje šaržnega valjanja cevi iz titanove zlitine Gr9 niso več pokazale napak, kot so vzdolžne razpoke in lokalni krhki lom. Mikrostruktura cevi je bila enotna, dimenzije so bile stabilne in stopnja kvalifikacije oblikovanja je bila znatno izboljšana, kar je v celoti preverilo točnost analize vzroka napake in učinkovitost postopka popravljanja.
Ta študija o procesu razpokanja pri hladnem valjanju cevi Gr9 je jasno razkrila usoden vpliv neenakomernega doziranja zlitin in segregacije elementov na kakovost oblikovanja cevi iz titanove zlitine. Pri proizvodnji preciznih cevi iz titanove zlitine so enakomernost doziranja pri taljenju, nadzor elementov nečistoč in stabilnost mikrostrukture ključni ključi za nadzor kakovosti oblikovanja pri hladnem valjanju. Z optimizacijo vmesnega procesa mešanja zlitin se je mogoče izogniti napakam, kot so segregacija elementov, nenormalna mikrostruktura in neenakomerna trdota, s čimer se popolnoma reši problem krhkega razpokanja pri hladnem valjanju cevi Gr9.
Ta raziskava zagotavlja pomembno teoretično podporo za standardizirano,-in visoko{1}}kakovostno valjanje cevi iz titanove zlitine Gr9, učinkovito izboljšuje sistem nadzora procesa za doziranje taljenja titanove zlitine in oblikovanje plastike ter ima pomembno inženirsko uporabno vrednost za izboljšanje kakovosti in učinkovitosti preciznih titanovih cevi, ki se uporabljajo v vesoljski, petrokemični in-opremi visokega razreda.