Gr9 (Ti-3Al-2,5 V) titano lydinys yra mažo-aliuminio ekvivalento, beveik- tipo titano lydinys, gautas kartotiniu būdu optimizuojant TC4 lydinį. Jis pasižymi puikiomis mechaninėmis savybėmis aukštoje ir žemoje temperatūroje, atsparumas korozijai, plastiškumas šaltam ir karštam darbui, taip pat pasižymi stabiliu ir patikimu formavimu ir suvirinamumu. Tai yra pagrindinė medžiaga, skirta aukštos kokybės{12}}lengviems vamzdžiams. Dėl visapusiškų eksploatacinių pranašumų, Gr9 titano lydinio vamzdeliai yra plačiai naudojami pagrindinėse srityse, tokiose kaip hidraulinės kuro linijos aviaciniams varikliams, aukščiausios klasės sporto įranga, alyvos gręžimo korpusas ir šilumos mainų vamzdynai, kur keliami itin aukšti proceso reikalavimai medžiagų vienodumui, mikrostruktūros stabilumui ir formavimo nuoseklumui.
Šaltai valcuojant Gr9 titano lydinio vamzdžių partiją, ploninant vamzdžius nuo Φ70mm × 8mm iki Φ55mm × 6mm, susidarė didelių -plotų išilginių prasiskverbimų. Įtrūkimai buvo lokalizuoti išilgine vamzdžio korpuso kryptimi, be akivaizdžių įbrėžimų, smūgių ar kitų išorinių vamzdžio paviršiaus pažeidimų. Įtrūkimai visiškai prasiskverbė į vamzdžio sienelę, tiesiogiai sukeldami 60 % šios vamzdžių partijos atliekų, o tai labai paveikė gamybos eigą ir gatavo produkto kvalifikavimo rodiklį. Siekiant tiksliai nustatyti pagrindinę defekto priežastį ir išspręsti partijos įtrūkimo problemą, šiame tyrime buvo atlikti sisteminiai eksperimentai, įskaitant komponentų analizę, metalografinį stebėjimą, lūžių morfologijos analizę ir mikrokietumo palyginimą, siekiant giliai išanalizuoti Gr9 vamzdžių šalto valcavimo krekingo mechanizmą ir sukurti tikslinius proceso optimizavimo sprendimus.
Šiame eksperimente buvo paimti keli mėginių rinkiniai iš įtrūkusių ir nepažeistų vamzdžio vietų. Cheminė sudėtis buvo analizuojama naudojant ICP viso-spektro tiesioginio-nuskaitymo spektrometrą ir TC-600 deguonies ir azoto analizatorių. Tuo pačiu metu buvo paruošti išilginiai ir skersiniai metalografiniai mėginiai, atliktas metalografinis ėsdinimas naudojant vandenilio fluorido, azoto rūgšties ir vandens - ėsdinimo priemonę. Matricos struktūros skirtumai buvo pastebėti naudojant optinį mikroskopą. Plyšio lūžimo paviršiaus mikrostruktūra buvo stebima naudojant skenuojantį elektroninį mikroskopą, o abiejų tipų mėginiams buvo atliktas kelių taškų kietumo palyginimas, naudojant mikrokietumo testerį, siekiant visapusiškai nustatyti pagrindines defektų priežastis.
Sudėties analizė atskleidė įtrūkusių mėginių nukrypimus nuo normos, kai per didelis geležies ir deguonies kiekis artėjo prie viršutinės standarto ribos, o tai labai prisidėjo prie medžiagų savybių svyravimų. Metalografinė analizė parodė, kad nepažeistose vamzdžio vietose buvo vienoda ir stabili standartinė lygiagretė struktūra su taisyklingu grūdelių išdėstymu ir gera mikrostruktūros konsistencija; tačiau įtrūkusiose srityse buvo nenormalus -fazės sodrėjimas skersine kryptimi ir žymiai stambesni grūdeliai išilgine kryptimi, o tai rodo Widmanstätten struktūros transformacijos tendenciją ir labai pablogėjusį mikrostruktūros vienodumą.
Mikroskopinis lūžio paviršiaus stebėjimas patvirtino, kad vamzdžio įtrūkimas buvo tipiškas tarpkristalinis trapus lūžis, neturintis plastinės deformacijos charakteristikų, o tai rodo proceso{0}}sukeltą įtrūkimą, kurį sukelia vidinės mikrostruktūros nehomogeniškumas. Kietumo bandymas dar labiau patvirtino defektą, parodydamas, kad vidutinis Vickerso kietumas įtrūkusiame plote buvo 15 % didesnis nei įprastos matricos, todėl susidarė vietinės sukietėjusios vietos ir sukeldamas netolygų atsparumą riedėjimo deformacijai vamzdyje.
Išsamių eksperimentinių duomenų analizė atskleidė pagrindinę partijos įtrūkimo vamzdžiuose priežastį: Gr9 lydinio lydymo ir maišymo stadijoje geležinės vinys buvo naudojamos kaip legiravimo elementų legiravimo priemonė. Tačiau maišymo metu geležies vinys negalėjo būti tolygiai paskirstytas, todėl lydymosi elektroduose geležis pasiskirstė netolygiai. Tai galiausiai lėmė lokalizuotus geležies segregacijos defektus luito viduje. Šios atskirtos sritys žymiai padidino medžiagos kietumą ir atsparumą deformacijoms, sudarant lokaliai grūdintus blokus. Vėlesnio šalto valcavimo ir didelės plastinės deformacijos metu sukietėjusios sritys neatitiko normalios matricos deformacinio pajėgumo, todėl įtempių koncentracija negalėjo būti tolygiai išlaisvinta. Tai galiausiai lėmė trapūs įtrūkimai išilgai grūdelių ribų, susidarę išilginiai skverbiasi įtrūkimai.
Siekiant pašalinti šią pagrindinę proceso defekto priežastį, gamybos pabaigoje buvo atlikti tikslūs proceso pakeitimai. Lydinio dozavimo sistema buvo optimizuota, pašalinant tiesioginį geležinių vinių pridėjimą ir pakeičiant ją TiFe ir VAlFe pagrindiniais lydiniais, kad legiravimo elementai būtų vienodai maišomi ir stabilus lydymasis. Po proceso optimizavimo ir serijinio valcavimo gamybos patikrinimo, Gr9 titano lydinio vamzdeliuose nebebuvo tokių defektų kaip išilginis įtrūkimas ir vietinis trapus lūžis. Vamzdžio mikrostruktūra buvo vienoda, matmenys stabilūs, o formavimo kvalifikacinis rodiklis žymiai pagerintas, visapusiškai patikrinus defektų priežasčių analizės tikslumą ir šalinimo proceso efektyvumą.
Šis Gr9 vamzdžių šaltojo valcavimo krekingo proceso tyrimas aiškiai atskleidė mirtiną netolygaus lydinio partijų ir elementų atskyrimo poveikį titano lydinio vamzdžių formavimo kokybei. Gaminant tikslaus titano lydinio vamzdžius, lydymo partijų vienodumas, priemaišų elementų kontrolė ir mikrostruktūros stabilumas yra pagrindiniai šaltojo valcavimo formavimo kokybės kontrolės veiksniai. Optimizavus tarpinio lydinio maišymo procesą, galima išvengti tokių defektų kaip elementų atskyrimas, nenormali mikrostruktūra ir netolygus kietumas, visiškai išspręsdami trapių įtrūkimų problemą šaltai valcuojant Gr9 vamzdžius.
Šis tyrimas suteikia svarbią teorinę paramą standartizuotai, didelio{0}}masto ir aukštos-kokybės valcuojamai Gr9 titano lydinio vamzdžių gamybai, efektyviai tobulinant titano lydinio lydymo partijų ir plastiko formavimo proceso valdymo sistemą, taip pat turi didelę inžinerinio pritaikymo vertę gerinant tiksliųjų titano vamzdžių kokybę ir efektyvumą, naudojamų aviacijos, kosmoso, naftos ir chemijos pramonėje.