Gr9 (Ti-3Al-2,5V) titaniumlegering is een titaniumlegering met een laag-aluminium-equivalent in de buurt van- type, afgeleid van de iteratieve optimalisatie van de TC4-legering. Het beschikt over uitstekende mechanische eigenschappen bij hoge en lage temperaturen, corrosieweerstand en plasticiteit bij koud en warm werken, terwijl het ook een stabiele en betrouwbare vervormbaarheid en lasbaarheid vertoont. Het is een kernmateriaal voor hoogwaardige lichtgewicht buizen. Vanwege de uitgebreide prestatievoordelen worden Gr9-buizen van titaniumlegering veel gebruikt in belangrijke gebieden zoals hydraulische brandstofleidingen voor vliegtuigmotoren, hoogwaardige sportuitrusting, olieboorbehuizingen en warmtewisselingspijpleidingen, waar extreem hoge proceseisen worden gesteld aan materiaaluniformiteit, microstructuurstabiliteit en vormconsistentie.
Tijdens de koudwalsproductie van een partij buizen van Gr9-titaniumlegering ontstonden er grote longitudinale scheuren in de lengterichting -wanneer de buizen werden verdund van Φ70 mm×8 mm tot Φ55 mm×6 mm. De scheuren waren lokaal geconcentreerd langs de lengterichting van het buislichaam, zonder duidelijke krassen, stoten of andere externe schade aan het buisoppervlak. De scheuren drongen volledig door in de buiswand, wat direct een uitvalpercentage van 60% veroorzaakte voor deze partij buizen, wat een ernstige impact had op de productievoortgang en het kwalificatiepercentage van het eindproduct. Om de hoofdoorzaak van het defect nauwkeurig te identificeren en het probleem van batchscheuren op te lossen, heeft dit onderzoek systematische experimenten uitgevoerd, waaronder componentanalyse, metallografische observatie, breukmorfologieanalyse en vergelijking van de microhardheid om het koudwalskraakmechanisme van Gr9-buizen diepgaand te analyseren en gerichte oplossingen voor procesoptimalisatie te ontwikkelen.
In dit experiment werden meerdere sets monsters verzameld uit zowel de gescheurde als de intacte delen van de pijp. De chemische samenstelling werd geanalyseerd met behulp van een ICP-spectrometer met volledige-spectrumdirecte-aflezing en een TC-600 zuurstof- en stikstofanalysator. Tegelijkertijd werden longitudinale en transversale metallografische monsters gemaakt en werd metallografisch etsen uitgevoerd met behulp van een etsmiddel op basis van fluorwaterstofzuur, salpeterzuur en water-. Verschillen in matrixstructuur werden waargenomen met behulp van een optische microscoop. De microstructuur van het scheurbreukoppervlak werd waargenomen met behulp van een scanning-elektronenmicroscoop, en op beide soorten monsters werden multi-point hardheidsvergelijkingstests uitgevoerd met behulp van een microhardheidstester om de kernoorzaken van de defecten volledig te identificeren.
Samenstellingsanalyse bracht afwijkingen aan het licht in de gebarsten monsters, waarbij een overmatig ijzergehalte en zuurstofgehalte de bovengrens van de norm naderden, wat aanzienlijk bijdroeg aan schommelingen in de materiaaleigenschappen. Metallografische analyse toonde aan dat de intacte delen van de pijp een uniforme en stabiele standaard gelijkassige structuur vertoonden met een regelmatige korrelschikking en een goede microstructuurconsistentie; de gebarsten gebieden vertoonden echter een abnormale verrijking van de -fase in de transversale richting en aanzienlijk grovere korrels in de longitudinale richting, wat een trend vertoonde in de richting van Widmanstätten-structuurtransformatie en een ernstig verslechterde microstructuuruniformiteit.
Microscopische observatie van het breukoppervlak bevestigde dat het scheuren van de pijp een typische intergranulaire brosse breuk was, zonder plastische vervormingskenmerken, wat wijst op een proces-geïnduceerd scheuren veroorzaakt door inhomogeniteit van de interne microstructuur. Hardheidstests bevestigden het defect verder en toonden aan dat de gemiddelde Vickers-hardheid in het gescheurde gebied 15% hoger was dan die van de normale matrix, waardoor plaatselijke verharde gebieden ontstonden en een ongelijkmatige weerstand tegen rolvervorming in de buis ontstond.
Analyse van uitgebreide experimentele gegevens onthulde de hoofdoorzaak van het batchscheuren in de pijpen: tijdens de fase van het smelten en batchen van Gr9-legeringen werden ijzeren spijkers gebruikt als doteringsmiddel voor legeringselementen. De ijzeren spijkers konden echter niet gelijkmatig worden verspreid tijdens het mengen, wat resulteerde in een ongelijkmatige ijzerverdeling bij de smeltelektroden. Dit leidde uiteindelijk tot gelokaliseerde defecten in de ijzersegregatie in de staaf. Deze gescheiden gebieden verhoogden de materiaalhardheid en vervormingsweerstand aanzienlijk, waardoor plaatselijk geharde blokken ontstonden. Tijdens daaropvolgende koudwalsen en hoge plastische vervorming kwamen de geharde gebieden niet overeen met het vervormingsvermogen van de normale matrix, waardoor spanningsconcentraties ontstonden die niet gelijkmatig konden worden opgeheven. Dit resulteerde uiteindelijk in brosse scheuren langs de korrelgrenzen, waardoor longitudinale penetrerende scheuren ontstonden.
Om deze hoofdoorzaak van het procesdefect aan te pakken, werden aan het einde van de productie nauwkeurige procesaanpassingen doorgevoerd. Het batchingsysteem voor legeringen werd geoptimaliseerd, waarbij de directe toevoeging van ijzeren spijkers werd geëlimineerd en vervangen door TiFe- en VAlFe-masterlegeringen om een uniforme menging en stabiel smelten van legeringselementen te bereiken. Na procesoptimalisatie en batch-walsproductieverificatie vertoonden Gr9-buizen van titaniumlegering niet langer defecten zoals longitudinale scheuren en plaatselijke brosse breuken. De microstructuur van de buis was uniform, de afmetingen waren stabiel en het kwalificatiepercentage voor het vormen was aanzienlijk verbeterd, waardoor de nauwkeurigheid van de analyse van de defectoorzaak en de effectiviteit van het rectificatieproces volledig werd geverifieerd.
Deze studie naar het koudwals-kraakproces van Gr9-buizen bracht duidelijk de fatale impact aan het licht van ongelijkmatige batching van legeringen en elementsegregatie op de vormkwaliteit van buizen van titaniumlegering. Bij de productie van precisiebuizen van titaniumlegering zijn de uniformiteit van het smelten, de beheersing van onzuiverheidselementen en de stabiliteit van de microstructuur de belangrijkste sleutels tot het beheersen van de kwaliteit van het koudwalsen. Door het tussenliggende batchingproces van legeringen te optimaliseren, kunnen defecten zoals elementsegregatie, abnormale microstructuur en ongelijkmatige hardheid vanaf de bron worden vermeden, waardoor het probleem van brosscheuren bij het koudwalsen van Gr9-buizen volledig wordt opgelost.
Dit onderzoek biedt belangrijke theoretische ondersteuning voor de gestandaardiseerde, grootschalige en hoogwaardige walsproductie van Gr9-buizen van titaniumlegeringen, waardoor het procescontrolesysteem voor het smelten van titaniumlegeringen en het vormen van kunststoffen effectief wordt verbeterd, en heeft een aanzienlijke technische toepassingswaarde voor het verbeteren van de kwaliteit en efficiëntie van precisie-titaanbuizen die worden gebruikt in de lucht- en ruimtevaart, de petrochemische industrie en hoogwaardige- apparatuur.