Gr9 (Ti-3Al-2,5V) titanlegering er en lav-aluminiumækvivalent nær- type titanlegering, der stammer fra den iterative optimering af TC4-legering. Den har fremragende høj- og lavtemperatur mekaniske egenskaber, korrosionsbestandighed og kold- og varmbearbejdningsplasticitet, samtidig med at den udviser stabil og pålidelig formbarhed og svejsbarhed. Det er et kernemateriale til letvægtsslanger af høj{12}}kvalitet. På grund af dets omfattende ydeevnefordele bruges Gr9 titanlegeringsrør i vid udstrækning inden for nøgleområder såsom hydrauliske brændstofledninger til flymotorer, avanceret sportsudstyr, olieboreforingsrør og varmevekslingsrørledninger, hvor der stilles ekstremt høje proceskrav til materialeensartethed, mikrostrukturstabilitet og formkonsistens.
Under koldvalsningsproduktionen af et parti af Gr9 titanlegeringsrør opstod der store-langsgående gennemtrængende revner, når rørene blev fortyndet fra Φ70mm×8mm til Φ55mm×6mm. Revnerne var lokalt koncentreret langs rørlegemets længderetning uden tydelige ridser, stød eller andre ydre skader på røroverfladen. Revnerne trængte fuldstændigt ind i rørvæggen, hvilket direkte forårsagede en 60% skrotrate for denne batch af rør, hvilket i høj grad påvirkede produktionsfremskridt og kvalifikationsgraden for færdigt produkt. For nøjagtigt at identificere grundårsagen til defekten og løse batch-revneproblemet, udførte denne undersøgelse systematiske eksperimenter, herunder komponentanalyse, metallografisk observation, frakturmorfologianalyse og mikrohårdhedssammenligning for at dybt analysere den koldvalsende revnemekanisme i Gr9-rør og udvikle målrettede procesoptimeringsløsninger.
I dette eksperiment blev flere sæt prøver indsamlet fra både de revnede og intakte områder af røret. Kemisk sammensætning blev analyseret ved hjælp af et ICP fuld-spektrum direkte-aflæsningsspektrometer og en TC-600 oxygen- og nitrogenanalysator. Samtidig blev langsgående og tværgående metallografiske prøver fremstillet, og metallografisk ætsning blev udført under anvendelse af et flussyre-, salpetersyre- og vand-baseret ætsemiddel. Forskelle i matrixstruktur blev observeret ved hjælp af et optisk mikroskop. Mikrostrukturen af revnefrakturoverfladen blev observeret ved hjælp af et scanningelektronmikroskop, og flerpunkts-hårdhedssammenligningstest blev udført på begge typer prøver ved hjælp af en mikrohårdhedstester for at identificere kerneårsagerne til defekterne.
Sammensætningsanalyse afslørede abnormiteter i de revnede prøver, hvor for højt jernindhold og iltindhold nærmede sig den øvre grænse for standarden, hvilket væsentligt bidrager til udsving i materialeegenskaber. Metallografisk analyse viste, at de intakte områder af røret udviste en ensartet og stabil standard ligeakset struktur med regelmæssig kornarrangement og god mikrostrukturkonsistens; imidlertid viste de revnede områder unormal berigelse af -fase i den tværgående retning og væsentligt grovere korn i længderetningen, hvilket viste en tendens til Widmanstätten-strukturtransformation og alvorligt forringet mikrostrukturens ensartethed.
Mikroskopisk observation af brudoverfladen bekræftede, at rørrevnen var et typisk intergranulært sprødt brud uden plastiske deformationskarakteristika, hvilket indikerer en proces-induceret revnedannelse forårsaget af inhomogenitet i den indre mikrostruktur. Hårdhedstestning bekræftede yderligere defekten og viste, at den gennemsnitlige Vickers-hårdhed i det revnede område var 15 % højere end den for den normale matrix, hvilket dannede lokale hærdede områder og forårsagede ujævn modstand mod rulledeformation i røret.
Analyse af omfattende eksperimentelle data afslørede den grundlæggende årsag til, at batchen revner i rørene: Under Gr9-legeringssmeltnings- og batch-fasen blev jernsøm brugt som dopingmiddel til legeringselementer. Imidlertid kunne jernsømmene ikke fordeles ensartet under blanding, hvilket resulterede i ujævn jernfordeling ved smelteelektroderne. Dette førte i sidste ende til lokaliserede jernsegregationsdefekter i barren. Disse adskilte områder øgede materialets hårdhed og deformationsmodstand betydeligt og danner lokalt hærdede blokke. Under efterfølgende koldvalsning og høj plastisk deformation matchede de hærdede områder ikke deformationskapaciteten af den normale matrix, hvilket forårsagede spændingskoncentration, der ikke kunne frigives ensartet. Dette resulterede i sidste ende i sprøde revner langs korngrænser, der danner langsgående gennemtrængende revner.
For at afhjælpe denne grundlæggende årsag til procesfejlen blev der implementeret præcise procesmodifikationer i produktionsslutningen. Legeringsblandingssystemet blev optimeret, hvilket eliminerede den direkte tilføjelse af jernsøm og erstattede det med TiFe og VAlFe masterlegeringer for at opnå ensartet blanding og stabil smeltning af legeringselementer. Efter procesoptimering og batchvalsende produktionsverifikation udviste Gr9 titanlegeringsrør ikke længere defekter, såsom langsgående revner og lokalt sprødt brud. Rørets mikrostruktur var ensartet, dimensionerne var stabile, og formningskvalifikationshastigheden blev væsentligt forbedret, hvilket fuldt ud bekræftede nøjagtigheden af defektårsagsanalysen og effektiviteten af udbedringsprocessen.
Denne undersøgelse af den koldvalsende krakningsproces af Gr9-rør afslørede klart den fatale indvirkning af ujævn legering og elementadskillelse på formningskvaliteten af titanlegeringsrør. I produktionen af præcisionsrør af titanlegering er ensartetheden af smeltebatching, kontrol af urenhedselementer og mikrostrukturstabilitet kernenøglerne til at kontrollere kvaliteten af koldvalsning. Ved at optimere den mellemliggende legering-batchproces kan defekter såsom elementadskillelse, unormal mikrostruktur og ujævn hårdhed undgås fra kilden, hvilket fuldstændig løser problemet med skør revnedannelse ved koldvalsning af Gr9-rør.
Denne forskning giver vigtig teoretisk støtte til standardiseret, stor-skala og høj-kvalitets valsende produktion af Gr9 titanlegeringsrør, hvilket effektivt forbedrer processtyringssystemet for titanlegeringssmeltning og plastformning, og har en betydelig teknisk anvendelsesværdi til forbedring af kvaliteten og effektiviteten af præcisions titaniumrør, der bruges i luft- og rumfartsudstyr,{3} og petrokemiske rumfart.