Aliajul de titan Gr9 (Ti-3Al{-2,5V) este un aliaj de titan cu echivalent scăzut de aluminiu de tip {-, derivat din optimizarea iterativă a aliajului TC4. Posedă proprietăți mecanice excelente la temperaturi înalte și joase, rezistență la coroziune și plasticitate la lucru la rece și la cald, prezentând în același timp o formabilitate și sudabilitate stabilă și fiabilă. Este un material de bază pentru țevile ușoare-de înaltă calitate. Datorită avantajelor sale cuprinzătoare de performanță, tubulatura din aliaj de titan Gr9 este utilizată pe scară largă în domenii cheie, cum ar fi liniile de combustibil hidraulic pentru motoare aeronautice, echipamentele sportive de ultimă generație, carcasele de foraj de petrol și conductele de schimb de căldură, unde cerințele de proces extrem de ridicate sunt impuse privind uniformitatea materialului, stabilitatea microstructurii și consistența formării.
În timpul producției de laminare la rece a unui lot de tuburi din aliaj de titan Gr9, au apărut fisuri de penetrare longitudinală cu suprafață mare-cât tuburile au fost subțiate de la Φ70mm×8mm la Φ55mm×6mm. Fisurile au fost concentrate local de-a lungul direcției longitudinale a corpului tubului, fără zgârieturi evidente, impacturi sau alte daune externe pe suprafața tubului. Fisurile au pătruns complet în peretele tubului, provocând direct o rată de deșeuri de 60% pentru acest lot de tuburi, impactând grav progresul producției și rata de calificare a produsului finit. Pentru a identifica cu precizie cauza principală a defectului și pentru a rezolva problema de fisurare a lotului, acest studiu a efectuat experimente sistematice, inclusiv analiza componentelor, observarea metalografică, analiza morfologiei fracturilor și compararea microdurității, pentru a analiza în profunzime mecanismul de fisurare prin laminare la rece a tuburilor Gr9 și pentru a dezvolta soluții de optimizare a procesului.
În acest experiment, au fost colectate mai multe seturi de probe atât din zonele fisurate, cât și din zonele intacte ale țevii. Compoziția chimică a fost analizată utilizând un spectrometru cu citire directă-ICP cu spectru complet-și un analizor de oxigen și azot TC{-600. Simultan, s-au pregătit probe metalografice longitudinale și transversale, iar gravarea metalografică a fost efectuată utilizând un acid fluorhidric, acid azotic și un agent de gravare pe bază de apă-. Diferențele în structura matricei au fost observate folosind un microscop optic. Microstructura suprafeței fisurii fisurii a fost observată cu ajutorul unui microscop electronic cu scanare și au fost efectuate teste de comparare a durității în mai multe puncte pe ambele tipuri de probe folosind un tester de microduritate pentru a identifica în mod cuprinzător cauzele principale ale defectelor.
Analiza compozițională a evidențiat anomalii în probele crăpate, cu conținut excesiv de fier și conținut de oxigen care se apropie de limita superioară a standardului, contribuind semnificativ la fluctuațiile proprietăților materialului. Analiza metalografică a arătat că zonele intacte ale țevii au prezentat o structură echiaxială standard uniformă și stabilă, cu aranjament regulat de granule și consistență bună a microstructurii; totuși, zonele crăpate au prezentat o îmbogățire anormală a fazei -în direcția transversală și boabe semnificativ mai grosiere în direcția longitudinală, prezentând o tendință spre transformarea structurii Widmanstätten și uniformitatea microstructurii grav deteriorată.
Observarea microscopică a suprafeței de fractură a confirmat că fisurarea conductei a fost o fractură tipică intergranulară fragilă, fără caracteristici de deformare plastică, indicând un proces-fisurat indus de neomogenitatea microstructurii interne. Testarea durității a coroborat în continuare defectul, arătând că duritatea medie Vickers în zona crăpată a fost cu 15% mai mare decât cea a matricei normale, formând regiuni întărite localizate și provocând rezistență neuniformă la deformarea la rulare în țeavă.
Analiza datelor experimentale cuprinzătoare a dezvăluit cauza principală a fisurării lotului în țevi: în timpul etapei de topire și dozare a aliajului Gr9, cuiele de fier au fost utilizate ca agent de dopare pentru elementele de aliere. Cu toate acestea, cuiele de fier nu au putut fi dispersate uniform în timpul amestecării, rezultând o distribuție neuniformă a fierului la electrozii de topire. Acest lucru a dus în cele din urmă la defecte localizate de segregare a fierului în interiorul lingoului. Aceste zone separate au crescut semnificativ duritatea materialului și rezistența la deformare, formând blocuri întărite local. În timpul laminarii ulterioare la rece și deformării plastice mari, zonele întărite nu se potriveau cu capacitatea de deformare a matricei normale, determinând concentrarea tensiunilor care nu a putut fi eliberată uniform. Acest lucru a dus, în cele din urmă, la crăpare fragilă de-a lungul limitelor de cereale, formând fisuri penetrante longitudinale.
Pentru a aborda această cauză fundamentală a defectului procesului, au fost implementate modificări precise ale procesului la sfârșitul producției. Sistemul de dozare a aliajelor a fost optimizat, eliminând adăugarea directă a cuielor de fier și înlocuindu-l cu aliaje principale TiFe și VALFe pentru a obține o amestecare uniformă și o topire stabilă a elementelor de aliere. După optimizarea procesului și verificarea producției de laminare în serie, tuburile din aliaj de titan Gr9 nu mai prezentau defecte precum fisurarea longitudinală și fractura fragilă localizată. Microstructura tubului a fost uniformă, dimensiunile au fost stabile, iar rata de calificare a formării a fost îmbunătățită semnificativ, verificând pe deplin acuratețea analizei cauzei defectelor și eficacitatea procesului de rectificare.
Acest studiu asupra procesului de fisurare prin laminare la rece a tuburilor Gr9 a dezvăluit în mod clar impactul fatal al loturilor neuniforme ale aliajelor și al segregării elementelor asupra calității de formare a tuburilor din aliaj de titan. În producția de tuburi de aliaj de titan de precizie, uniformitatea loturilor de topire, controlul elementelor de impurități și stabilitatea microstructurii sunt cheile de bază pentru controlul calității deformarii la rece. Prin optimizarea procesului de dozare intermediară a aliajului, defectele precum segregarea elementelor, microstructura anormală și duritatea neuniformă pot fi evitate de la sursă, rezolvând complet problema fisurii fragile la laminarea la rece a tuburilor Gr9.
Această cercetare oferă un suport teoretic important pentru producția standardizată, la scară mare și de înaltă calitate a tuburilor din aliaj de titan Gr9, îmbunătățind în mod eficient sistemul de control al procesului pentru topirea aliajelor de titan și formarea plasticului și are o valoare semnificativă a aplicațiilor de inginerie pentru îmbunătățirea calității și eficienței echipamentelor de precizie din titan, petrochimice și aerospațiale.