Gr9 (Ti-3Al-2.5V) legura titanijuma je legura titana sa niskim-ekvivalentom aluminijuma blizu- tipa legura titanijuma izvedena iterativnom optimizacijom TC4 legure. Posjeduje izvrsna mehanička svojstva pri visokim i niskim temperaturama, otpornost na koroziju i plastičnost pri hladnom i toplom radu, a istovremeno pokazuje stabilnu i pouzdanu formabilnost i zavarljivost. To je osnovni materijal za vrhunske{12}}lake cijevi. Zbog svojih sveobuhvatnih prednosti u pogledu performansi, cijevi od legure titana Gr9 se široko koriste u ključnim područjima kao što su hidraulički vodovi goriva za avio-motore, vrhunska sportska oprema, kućište za bušenje nafte i cjevovodi za izmjenu topline, gdje se postavljaju izuzetno visoki procesni zahtjevi za uniformnost materijala, stabilnost mikrostrukture i konzistentnost formiranja.
Tokom proizvodnje hladnog valjanja serije Gr9 cijevi od legure titanijuma, pojavile su se uzdužne prodorne pukotine velike-površine kada su cijevi istanjene sa Φ70mm×8mm na Φ55mm×6mm. Pukotine su bile lokalno koncentrisane duž uzdužnog smjera tijela cijevi, bez očitih ogrebotina, udaraca ili drugih vanjskih oštećenja na površini cijevi. Pukotine su u potpunosti prodrle u zid cijevi, direktno uzrokujući stopu otpada od 60% za ovu seriju cijevi, ozbiljno utječući na napredak proizvodnje i stopu kvalifikacije gotovog proizvoda. Kako bi se precizno identificirao osnovni uzrok defekta i riješio problem serijskog pucanja, ova studija je sprovela sistematske eksperimente uključujući analizu komponenti, metalografsko posmatranje, analizu morfologije loma i poređenje mikrotvrdoće kako bi se duboko analizirao mehanizam pucanja hladnog valjanja Gr9 cijevi i razvila ciljana rješenja za optimizaciju procesa.
U ovom eksperimentu, višestruki setovi uzoraka prikupljeni su iz napuknutih i netaknutih područja cijevi. Hemijski sastav je analiziran korištenjem ICP spektrometra punog-direktnog-očitavanja spektrometra i TC-600 analizatora kisika i dušika. Istovremeno su pripremljeni uzdužni i poprečni metalografski uzorci, te je izvršeno metalografsko jetkanje fluorovodoničnom kiselinom, dušičnom kiselinom i jetkačem na bazi vode{8}}. Razlike u strukturi matrice uočene su pomoću optičkog mikroskopa. Mikrostruktura površine pukotine uočena je pomoću skenirajućeg elektronskog mikroskopa, a ispitivanje poređenja tvrdoće u više tačaka obavljeno je na oba tipa uzoraka pomoću uređaja za ispitivanje mikrotvrdoće kako bi se sveobuhvatno identificirali osnovni uzroci defekata.
Analiza sastava otkrila je abnormalnosti u napuklim uzorcima, s prekomjernim sadržajem željeza i kisika koji se približava gornjoj granici standarda, što značajno doprinosi fluktuacijama svojstava materijala. Metalografska analiza je pokazala da netaknuta područja cijevi pokazuju ujednačenu i stabilnu standardnu ravnoosnu strukturu s pravilnim rasporedom zrna i dobrom konzistencijom mikrostrukture; međutim, napuknuta područja su pokazala abnormalno obogaćivanje -faze u poprečnom smjeru i znatno krupnija zrna u uzdužnom smjeru, pokazujući trend transformacije Widmanstättenove strukture i ozbiljno narušenu uniformnost mikrostrukture.
Mikroskopsko posmatranje površine loma potvrdilo je da je pukotina cijevi tipična intergranularna krhka fraktura, bez karakteristika plastične deformacije, što ukazuje na proces{0}}indukovano pucanje uzrokovano nehomogenošću unutrašnje mikrostrukture. Ispitivanje tvrdoće dodatno je potvrdilo defekt, pokazujući da je prosječna tvrdoća po Vickersu u području napukline bila 15% viša od one normalne matrice, formirajući lokalizirane očvrsnute regije i uzrokujući neujednačen otpor na deformaciju kotrljanja u cijevi.
Analiza sveobuhvatnih eksperimentalnih podataka otkrila je osnovni uzrok šaržnog pucanja u cijevima: Tokom faze topljenja i doziranja legure Gr9, željezni ekseri su korišteni kao doping agens za legirne elemente. Međutim, željezni ekseri nisu mogli biti ravnomjerno raspršeni tokom miješanja, što je rezultiralo neravnomjernom raspodjelom željeza na elektrodama za topljenje. To je na kraju dovelo do lokaliziranih defekata segregacije željeza unutar ingota. Ova odvojena područja značajno povećavaju tvrdoću materijala i otpornost na deformacije, formirajući lokalno očvršćene blokove. Tijekom naknadnog hladnog valjanja i visoke plastične deformacije, očvrsnute površine nisu odgovarale kapacitetu deformacije normalne matrice, uzrokujući koncentraciju naprezanja koja se nije mogla ravnomjerno osloboditi. To je u konačnici rezultiralo krhkim pucanjem duž granica zrna, formirajući uzdužne prodorne pukotine.
Kako bi se riješio ovaj osnovni uzrok greške u procesu, precizne modifikacije procesa su implementirane na kraju proizvodnje. Sistem za doziranje legure je optimizovan, eliminišući direktno dodavanje željeznih eksera i zamenu sa TiFe i VAlFe master legurama kako bi se postiglo jednolično mešanje i stabilno topljenje legirajućih elemenata. Nakon optimizacije procesa i provjere proizvodnje serijskog valjanja, cijevi od legure titana Gr9 više nisu pokazivale defekte kao što su uzdužne pukotine i lokalizirani lomljivi lom. Mikrostruktura cijevi je bila ujednačena, dimenzije stabilne, a stopa kvalifikacije oblikovanja je značajno poboljšana, čime je u potpunosti potvrđena tačnost analize uzroka defekta i efikasnost procesa ispravljanja.
Ova studija o procesu pucanja hladnog valjanja Gr9 cijevi jasno je otkrila fatalni utjecaj neravnomjernog doziranja legure i segregacije elemenata na kvalitetu oblikovanja cijevi od legure titana. U proizvodnji preciznih cijevi od legure titanijuma, ujednačenost doziranja topljenja, kontrola elemenata nečistoća i stabilnost mikrostrukture su ključni ključ za kontrolu kvaliteta oblikovanja hladnog valjanja. Optimizacijom procesa doziranja srednje legure, defekti kao što su segregacija elemenata, abnormalna mikrostruktura i neujednačena tvrdoća mogu se izbjeći iz izvora, čime se u potpunosti rješava problem krtog pucanja kod hladnog valjanja Gr9 cijevi.
Ovo istraživanje pruža važnu teorijsku podršku za standardiziranu, -i visoko-proizvodnju valjanjem cijevi od legure titanijuma Gr9, efektivno poboljšavajući sistem kontrole procesa za doziranje legure titanijuma i oblikovanje plastike, i ima značajnu inženjersku vrijednost primjene za poboljšanje kvaliteta i efikasnosti preciznih titanijumskih visokohemijskih cijevi, end-kosmičke opreme{3} koje se koriste u aerohemijskoj industriji.