Gr9 (Ti-3Al-2,5 V) titaaniseos on matala-alumiinia vastaava lähes--tyyppinen titaaniseos, joka on johdettu TC4-lejeeringin iteratiivisesta optimoinnista. Sillä on erinomaiset mekaaniset ominaisuudet korkeissa ja matalissa lämpötiloissa, korroosionkestävyys sekä kylmä- ja kuumatyöstöplastisuus, samalla kun se on vakaa ja luotettava muovattavuus ja hitsattavuus. Se on huippuluokan kevyiden{12}putkien ydinmateriaali. Kattavien suorituskykyetujensa ansiosta Gr9-titaaniseoksesta valmistettua letkua käytetään laajalti avainalueilla, kuten lentokonemoottorien hydraulisissa polttoainelinjoissa, huippuluokan urheiluvälineissä, öljynporauksen kotelossa ja lämmönvaihtoputkissa, joissa materiaalien tasaisuus, mikrorakenteen stabiilisuus ja muovauksen tasaisuus asetetaan erittäin korkealle prosessille.
Gr9-titaaniseosputkierän kylmävalssauksen aikana tapahtui suuria-alueita pitkittäisiä tunkeutuvia halkeamia, kun putkia ohennettiin Φ70mm × 8mm:stä Φ55mm × 6mm:iin. Halkeamat keskittyivät paikallisesti putken rungon pituussuunnassa, eikä putken pinnassa ollut selviä naarmuja, iskuja tai muita ulkoisia vaurioita. Halkeamat tunkeutuivat kokonaan putken seinämään aiheuttaen suoraan 60 %:n romumäärän tästä putkierästä, mikä vaikutti vakavasti tuotannon edistymiseen ja valmiin tuotteen pätevyysasteeseen. Vian perimmäisen syyn tunnistamiseksi ja erän murtumisongelman ratkaisemiseksi tässä tutkimuksessa suoritettiin systemaattisia kokeita, mukaan lukien komponenttianalyysi, metallografinen havainto, murtumismorfologian analyysi ja mikrokovuusvertailu Gr9-putkien kylmävalssaushalkeilumekanismin syvälliseen analysoimiseksi ja kohdennettujen prosessin optimointiratkaisujen kehittämiseksi.
Tässä kokeessa kerättiin useita näytesarjoja sekä putken halkeilevilta että ehjiltä alueilta. Kemiallinen koostumus analysoitiin käyttämällä ICP-täyden -spektrin suora-lukuspektrometriä ja TC-600 happi- ja typpianalysaattoria. Samanaikaisesti valmistettiin pitkittäis- ja poikittaiset metallografiset näytteet ja metallografinen etsaus fluorivetyhappoa, typpihappoa ja vesipohjaista etsausainetta käyttäen. Erot matriisirakenteessa havaittiin käyttämällä optista mikroskooppia. Halkeamamurtumapinnan mikrorakennetta tarkkailtiin pyyhkäisyelektronimikroskoopilla ja molemmille näytteille suoritettiin monipistekovuusvertailu mikrokovuustestauslaitteella, jotta vikojen ydinsyyt löydettiin kattavasti.
Koostumusanalyysi paljasti poikkeavuuksia särötyissä näytteissä, liiallinen rautapitoisuus ja happipitoisuus lähestyivät standardin ylärajaa, mikä vaikutti merkittävästi materiaaliominaisuuksien vaihteluihin. Metallografinen analyysi osoitti, että putken ehjät alueet osoittivat yhtenäisen ja vakaan standardin tasaakselisen rakenteen, jossa oli säännöllinen raejärjestely ja hyvä mikrorakenteen konsistenssi; halkeilevat alueet osoittivat kuitenkin --vaiheen epänormaalia rikastumista poikittaissuunnassa ja merkittävästi karkeampia rakeita pitkittäissuunnassa, mikä osoitti suuntausta kohti Widmanstätten-rakenteen muutosta ja vakavasti huonontunutta mikrorakenteen yhtenäisyyttä.
Murtuman pinnan mikroskooppinen tarkkailu vahvisti, että putken halkeilu oli tyypillinen rakeiden välinen hauras murtuma, jolla ei ollut plastisia muodonmuutoksia, mikä viittaa prosessin -indusoituun halkeamiseen, joka johtuu sisäisen mikrorakenteen epähomogeenisuudesta. Kovuustesti vahvisti edelleen vian osoittaen, että keskimääräinen Vickersin kovuus halkeilevalla alueella oli 15 % korkeampi kuin normaalilla matriisilla, mikä muodosti paikallisia kovettuneet alueet ja aiheutti epätasaisen vastustuskyvyn vierintämuodonmuutoksille putkessa.
Kattavien kokeellisten tietojen analysointi paljasti putkien erän halkeilun perimmäisen syyn: Gr9-lejeeringin sulatus- ja panostusvaiheessa rautanauloja käytettiin seostusaineena seostettaessa. Rautanauloja ei kuitenkaan voitu levittää tasaisesti sekoituksen aikana, mikä johti epätasaiseen raudan jakautumiseen sulatuselektrodeissa. Tämä johti lopulta paikallisiin raudan segregaatiovirheisiin harkon sisällä. Nämä erotetut alueet lisäsivät merkittävästi materiaalin kovuutta ja muodonmuutoskestävyyttä muodostaen paikallisesti karkaistuja lohkoja. Myöhemmin kylmävalssauksen ja suuren plastisen muodonmuutoksen aikana kovettuneet alueet eivät vastanneet normaalin matriisin muodonmuutoskykyä, mikä aiheutti jännityspitoisuuden, jota ei voitu vapauttaa tasaisesti. Tämä johti lopulta hauraaseen halkeamiseen raerajoilla, jolloin muodostui pitkittäisiä tunkeutuvia halkeamia.
Tämän prosessivian perimmäisen syyn korjaamiseksi tuotannon lopussa tehtiin tarkkoja prosessimuutoksia. Seosten annostelujärjestelmä optimoitiin poistamalla suoran rautanaulojen lisääminen ja korvaamalla se TiFe- ja VAlFe-pääseoksilla tasaisen sekoituksen ja seosalkuaineiden vakaan sulamisen saavuttamiseksi. Prosessin optimoinnin ja erävalssaustuotannon todentamisen jälkeen Gr9-titaaniseosputkissa ei enää ilmennyt vikoja, kuten pitkittäistä halkeilua ja paikallista haurautta. Putken mikrorakenne oli yhtenäinen, mitat olivat vakaat ja muovauksen kelpoisuusaste parani merkittävästi, mikä varmisti täysin vian syyanalyysin tarkkuuden ja korjausprosessin tehokkuuden.
Tämä Gr9-putkien kylmävalssauskrakkausprosessia koskeva tutkimus paljasti selvästi epätasaisen seoserän ja elementtien erottelun kohtalokkaan vaikutuksen titaaniseosputkien muodostuslaatuun. Tarkkuustitaaniseosputkien tuotannossa sulatuserän tasaisuus, epäpuhtauselementtien hallinta ja mikrorakenteen vakaus ovat keskeisiä avaimia kylmävalssauksen laadun hallinnassa. Optimoimalla välimetalliseosten valmistusprosessi, vikoja, kuten elementtien erottuminen, epänormaali mikrorakenne ja epätasainen kovuus, voidaan välttää lähteestä, mikä ratkaisee täysin Gr9-putkien kylmävalssauksen hauraiden halkeilujen ongelman.
Tämä tutkimus tarjoaa tärkeän teoreettisen tuen Gr9-titaaniseosputkien standardoidulle, suuren mittakaavan ja korkealaatuiselle-valssaustuotannolle, parantaa tehokkaasti prosessinohjausjärjestelmää titaaniseoksen sulatuksessa ja muovin muovauksessa, ja sillä on merkittävää teknistä sovellusarvoa tarkkuustitaaniputkien laadun ja tehokkuuden parantamiseksi, joita käytetään ilmailuteollisuudessa, avaruusteollisuudessa, petrokemian putkissa.