Титановий сплав Gr9 (Ti-3Al-2,5 В) — це титановий сплав типу -з низьким вмістом-алюмінію, близький до - типу, отриманий шляхом ітераційної оптимізації сплаву TC4. Він має відмінні механічні властивості при високих і низьких температурах, стійкість до корозії, пластичність при холодній і гарячій обробці, а також демонструє стабільну і надійну здатність до формування та зварювання. Це основний матеріал для-легких труб високого класу. Завдяки своїм комплексним перевагам у продуктивності, труби з титанового сплаву Gr9 широко використовуються в ключових сферах, таких як гідравлічні паливопроводи для авіаційних двигунів, спортивне обладнання високого класу, обсадні колони нафтових бурів і теплообмінні трубопроводи, де висуваються надзвичайно високі вимоги до однорідності матеріалу, стабільності мікроструктури та консистенції формування.
Під час виробництва холодної прокатки партії труб із титанового сплаву Gr9 виникли поздовжні наскрізні тріщини великої-площі, коли труби були стоншені з Φ70 мм × 8 мм до Φ55 мм × 6 мм. Тріщини були локально зосереджені вздовж поздовжнього напрямку корпусу труби, без явних подряпин, ударів чи інших зовнішніх пошкоджень на поверхні труби. Тріщини повністю проникли в стінку труби, безпосередньо спричинивши 60% брухту цієї партії труб, серйозно вплинувши на хід виробництва та рівень кваліфікації готової продукції. Щоб точно визначити першопричину дефекту та вирішити проблему розтріскування партії, у цьому дослідженні були проведені систематичні експерименти, включаючи аналіз компонентів, металографічне спостереження, аналіз морфології руйнування та порівняння мікротвердості, щоб глибоко проаналізувати механізм розтріскування холодної прокатки труб Gr9 та розробити цілеспрямовані рішення для оптимізації процесу.
У цьому експерименті було зібрано декілька наборів зразків як з тріщин, так і з непошкоджених ділянок труби. Хімічний склад аналізували за допомогою спектрометра з прямим -зчитуванням із повним -спектром ICP і аналізатора кисню й азоту TC-600. Одночасно готували поздовжні та поперечні металографічні зразки та проводили металографічне травлення фтористоводневою кислотою, азотною кислотою та водним-травником. Відмінності в структурі матриці спостерігали за допомогою оптичного мікроскопа. Мікроструктуру поверхні тріщини спостерігали за допомогою скануючого електронного мікроскопа, і багатоточкове порівняльне випробування на твердість було проведено на обох типах зразків за допомогою мікротвердомера для всебічного визначення основних причин дефектів.
Аналіз складу виявив аномалії в тріснутих зразках, з надмірним вмістом заліза та вмістом кисню, що наближався до верхньої межі стандарту, що значно сприяло коливанням властивостей матеріалу. Металографічний аналіз показав, що непошкоджені ділянки труби демонстрували рівномірну та стабільну стандартну рівновісну структуру з правильним розташуванням зерен і хорошою консистенцією мікроструктури; однак тріщини показали ненормальне збагачення -фазою в поперечному напрямку та значно більш грубі зерна в поздовжньому напрямку, демонструючи тенденцію до структурної трансформації Відманштеттена та сильно погіршену однорідність мікроструктури.
Мікроскопічне спостереження поверхні розлому підтвердило, що розтріскування труби було типовим міжкристалічним крихким розломом без характеристик пластичної деформації, що вказує на -розтріскування, викликане процесом, викликане внутрішньою неоднорідністю мікроструктури. Випробування на твердість додатково підтвердило наявність дефекту, показавши, що середня твердість за Віккерсом у зоні тріщин була на 15% вищою, ніж у нормальної матриці, утворюючи локалізовані загартовані області та викликаючи нерівномірний опір деформації кочення в трубі.
Аналіз всебічних експериментальних даних виявив першопричину партійного розтріскування труб: під час плавлення та дозування сплаву Gr9 залізні цвяхи використовувалися як допінг для легуючих елементів. Однак залізні цвяхи не могли бути рівномірно розподілені під час змішування, що призвело до нерівномірного розподілу заліза на плавильних електродах. Зрештою це призвело до локалізованих дефектів сегрегації заліза всередині злитка. Ці відокремлені ділянки значно підвищили твердість матеріалу та стійкість до деформації, утворюючи локально зміцнені блоки. Під час подальшої холодної прокатки та високої пластичної деформації загартовані ділянки не відповідали деформаційній здатності нормальної матриці, що спричиняло концентрацію напруги, яка не могла бути рівномірно вивільнена. Це в кінцевому підсумку призвело до крихкого розтріскування вздовж меж зерен, утворюючи поздовжні наскрізні тріщини.
Щоб усунути цю першопричину дефекту процесу, наприкінці виробництва було впроваджено точні модифікації процесу. Система дозування сплаву була оптимізована, усунувши безпосереднє додавання залізних цвяхів і замінивши його на лігатуру TiFe та VAlFe для досягнення рівномірного змішування та стабільної плавки легуючих елементів. Після оптимізації процесу та перевірки серійного виробництва труби з титанового сплаву Gr9 більше не виявляли таких дефектів, як поздовжні тріщини та локальне крихке руйнування. Мікроструктура труби була однорідною, розміри стабільними, а рівень кваліфікації формування був значно покращений, повністю підтверджуючи точність аналізу причини дефекту та ефективність процесу виправлення.
Це дослідження процесу розтріскування холодної прокатки труб Gr9 чітко показало фатальний вплив нерівномірного дозування сплаву та сегрегації елементів на якість формування труб із титанового сплаву. У виробництві прецизійних труб із титанового сплаву рівномірність дозування плавки, контроль вмісту домішок і стабільність мікроструктури є ключовими для контролю якості холодної прокатки. Завдяки оптимізації процесу дозування проміжного сплаву можна уникнути таких дефектів, як сегрегація елементів, аномальна мікроструктура та неоднорідна твердість, повністю вирішуючи проблему крихкого розтріскування під час холодної прокатки труб Gr9.
Це дослідження надає важливу теоретичну підтримку для стандартизованого, великомасштабного та високо-прокатного виробництва труб із титанового сплаву Gr9, ефективного вдосконалення системи керування процесом дозування виплавки титанового сплаву та формування пластику, а також має значну цінність для інженерних застосувань для покращення якості та ефективності прецизійних титанових труб, які використовуються в аерокосмічному, нафтохімічному та високо-обладнанні.