Gr9 (Ti-3Al-2,5V) titanlegering är en låg-aluminiumekvivalent nära- typ titanlegering härledd från iterativ optimering av TC4-legering. Den har utmärkta mekaniska egenskaper vid hög och låg temperatur, korrosionsbeständighet och kall- och varmarbetande plasticitet, samtidigt som den uppvisar stabil och pålitlig formbarhet och svetsbarhet. Det är ett kärnmaterial för-avancerad lättviktsslang. På grund av dess omfattande prestandafördelar används Gr9 titanlegeringsrör i stor utsträckning inom nyckelområden som hydrauliska bränsleledningar för flygmotorer, avancerad sportutrustning, oljeborrningshölje och värmeväxlingsrörledningar, där extremt höga processkrav ställs på materiallikformighet, mikrostrukturstabilitet och formkonsistens.
Under kallvalsningstillverkningen av en sats av Gr9 titanlegeringsrör uppstod stora-area längsgående penetrerande sprickor när rören tunnades från Φ70mm×8mm till Φ55mm×6mm. Sprickorna var lokalt koncentrerade längs rörkroppens längdriktning, utan uppenbara repor, stötar eller andra yttre skador på rörytan. Sprickorna penetrerade fullständigt rörväggen, vilket direkt orsakade en 60% skrothastighet för denna sats av rör, vilket allvarligt påverkade produktionsframsteg och kvalificeringsgraden för färdig produkt. För att exakt identifiera grundorsaken till defekten och lösa batchsprickningsproblemet, genomförde denna studie systematiska experiment inklusive komponentanalys, metallografisk observation, frakturmorfologianalys och mikrohårdhetsjämförelse för att djupgående analysera kallvalsningssprickmekanismen för Gr9-rör och utveckla riktade processoptimeringslösningar.
I detta experiment samlades flera uppsättningar prover från både de spruckna och intakta områdena av röret. Den kemiska sammansättningen analyserades med en ICP full-direktavläsningsspektrometer- och en TC-600 syre- och kväveanalysator. Samtidigt preparerades longitudinella och tvärgående metallografiska prov, och metallografisk etsning utfördes med användning av ett fluorvätesyra-, salpetersyra- och vattenbaserat etsmedel-. Skillnader i matrisstruktur observerades med användning av ett optiskt mikroskop. Mikrostrukturen av sprickbrottytan observerades med hjälp av ett svepelektronmikroskop, och flerpunkts-hårdhetsjämförelsetestning utfördes på båda typerna av prover med hjälp av en mikrohårdhetstestare för att heltäckande identifiera kärnorsakerna till defekterna.
Sammansättningsanalys avslöjade abnormiteter i de spruckna proverna, med för hög järnhalt och syrehalt som närmade sig den övre gränsen för standarden, vilket signifikant bidrog till fluktuationer i materialegenskaper. Metallografisk analys visade att rörets intakta områden uppvisade en enhetlig och stabil standardlikaxlig struktur med regelbundet kornarrangemang och god mikrostrukturkonsistens; emellertid visade de spruckna områdena onormal anrikning av -fas i tvärriktningen och betydligt grövre korn i längdriktningen, vilket uppvisade en trend mot Widmanstätten-strukturomvandling och kraftigt försämrad mikrostrukturlikformighet.
Mikroskopisk observation av sprickytan bekräftade att rörsprickningen var en typisk intergranulär spröd spricka, utan plastiska deformationsegenskaper, vilket indikerar en process-inducerad sprickbildning orsakad av inhomogenitet i mikrostrukturen. Hårdhetstestning bekräftade defekten ytterligare och visade att den genomsnittliga Vickers-hårdheten i det spruckna området var 15 % högre än den för den normala matrisen, vilket bildade lokaliserade härdade områden och orsakade ojämnt motstånd mot rulldeformation i röret.
Analys av omfattande experimentella data avslöjade grundorsaken till att satsen spricker i rören: Under Gr9-legeringssmältnings- och satsningsstadiet användes järnspik som dopningsmedel för legeringselement. Järnspikarna kunde emellertid inte fördelas jämnt under blandning, vilket resulterade i ojämn järnfördelning vid smältelektroderna. Detta ledde slutligen till lokala järnsegregationsdefekter i götet. Dessa segregerade områden ökade avsevärt materialhårdheten och deformationsbeständigheten och bildade lokalt härdade block. Under efterföljande kallvalsning och hög plastisk deformation matchade de härdade områdena inte deformationskapaciteten hos den normala matrisen, vilket orsakade spänningskoncentration som inte kunde frigöras jämnt. Detta resulterade slutligen i spröda sprickor längs korngränserna, vilket bildade längsgående penetrerande sprickor.
För att komma till rätta med denna grundorsak till processdefekten genomfördes exakta processmodifieringar i produktionsslutet. Legeringssatsningssystemet optimerades, vilket eliminerade direkt tillsats av järnspik och ersatte det med TiFe och VAlFe masterlegeringar för att uppnå enhetlig blandning och stabil smältning av legeringselement. Efter processoptimering och tillverkningsverifiering av satsvalsning uppvisade Gr9 titanlegeringsrör inte längre defekter som längsgående sprickor och lokal spröd fraktur. Rörets mikrostruktur var enhetlig, dimensionerna var stabila och formningskvalificeringsgraden förbättrades avsevärt, vilket fullständigt verifierade noggrannheten av analysen av defektorsak och effektiviteten av korrigeringsprocessen.
Denna studie om kallvalsningssprickningsprocessen för Gr9-rör avslöjade tydligt den dödliga inverkan av ojämn legeringsblandning och elementsegregering på formningskvaliteten hos titanlegeringsrör. Vid tillverkning av precisionsrör av titanlegering är enhetligheten i smältningsblandningar, kontroll av föroreningselement och mikrostrukturstabilitet kärnnycklarna för att kontrollera kvaliteten på kallvalsning. Genom att optimera den mellanliggande legeringsprocessen kan defekter som elementsegregering, onormal mikrostruktur och ojämn hårdhet undvikas från källan, vilket helt löser problemet med spröd sprickbildning vid kallvalsning av Gr9-rör.
Den här forskningen ger viktigt teoretiskt stöd för standardiserad,-storskalig och hög-valsproduktion av Gr9 titanlegeringsrör, vilket effektivt förbättrar processtyrningssystemet för titanlegeringssmältning och plastformning, och har ett betydande tekniskt tillämpningsvärde för att förbättra kvaliteten och effektiviteten hos precisionstitanrör som används inom petrokemi, rymdutrustning och hög{3}flygutrustning.{}