آلیاژ تیتانیوم Gr9 (Ti-3Al-2.5V) یک آلیاژ تیتانیوم از نوع کم-معادل آلومینیوم نزدیک- است که از بهینهسازی تکراری آلیاژ TC4 مشتق شده است. دارای خواص مکانیکی با درجه حرارت بالا و پایین عالی، مقاومت در برابر خوردگی، و انعطاف پذیری کار سرد و گرم است، در حالی که شکل پذیری و جوش پذیری پایدار و قابل اعتمادی را نشان می دهد. این یک ماده اصلی برای لولههای{12}}سبک است. با توجه به مزایای عملکردی جامع، لولههای آلیاژ تیتانیوم Gr9 به طور گسترده در زمینههای کلیدی مانند خطوط سوخت هیدرولیک برای موتورهای هوا، تجهیزات ورزشی پیشرفته، پوشش حفاری نفت و خطوط لوله تبادل حرارتی استفاده میشود، جایی که الزامات فرآیند بسیار بالا بر یکنواختی مواد، پایداری ریزساختار و سازگاری شکلدهی میشود.
در طول تولید نورد سرد دستهای از لولههای آلیاژ تیتانیوم Gr9، وقتی لولهها از Φ70×8 میلیمتر به Φ55×6 میلیمتر نازک شدند،-ترکهای نافذ طولی بزرگی ایجاد شد. ترکها به صورت موضعی در امتداد جهت طولی بدنه لوله متمرکز شدهاند، بدون هیچ خراش، ضربه، یا سایر آسیبهای خارجی روی سطح لوله. ترکها به طور کامل به دیواره لوله نفوذ کردند و مستقیماً باعث ایجاد نرخ ضایعات 60٪ برای این دسته از لولهها شدند که به شدت بر پیشرفت تولید و نرخ صلاحیت محصول نهایی تأثیر گذاشت. برای شناسایی دقیق علت اصلی نقص و حل مشکل ترکخوردگی دستهای، این مطالعه آزمایشهای سیستماتیک شامل تجزیه و تحلیل اجزا، مشاهدات متالوگرافی، تجزیه و تحلیل مورفولوژی شکست و مقایسه ریزسختی را برای تجزیه و تحلیل عمیق مکانیسم ترکخوردگی نورد سرد لولههای Gr9 و توسعه راهحلهای بهینهسازی فرآیند هدفمند انجام داد.
در این آزمایش، مجموعه های متعددی از نمونه ها از هر دو ناحیه ترک خورده و دست نخورده لوله جمع آوری شد. ترکیب شیمیایی با استفاده از یک طیف سنج خواندنی کامل-طیف مستقیم-ICP و یک آنالایزر اکسیژن و نیتروژن TC{5}}600 تجزیه و تحلیل شد. به طور همزمان نمونه های متالوگرافی طولی و عرضی تهیه شد و اچ متالوگرافی با استفاده از اچانت هیدروفلوئوریک اسید، نیتریک اسید و اچ بر پایه آب انجام شد. تفاوت در ساختار ماتریس با استفاده از میکروسکوپ نوری مشاهده شد. ریزساختار سطح شکست ترک با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی مشاهده شد و آزمایش مقایسه سختی چند نقطهای بر روی هر دو نوع نمونه با استفاده از تستر میکروسختی انجام شد تا به طور جامع علل اصلی نقصها شناسایی شود.
تجزیه و تحلیل ترکیبی، ناهنجاریهایی را در نمونههای ترکخورده نشان داد، با محتوای آهن و اکسیژن بیش از حد که به حد بالایی استاندارد نزدیک میشود، که به طور قابلتوجهی به نوسانات خواص مواد کمک میکند. تجزیه و تحلیل متالوگرافی نشان داد که نواحی دست نخورده لوله یک ساختار هم محور استاندارد یکنواخت و پایدار با آرایش دانه های منظم و سازگاری ریزساختار خوب را نشان می دهد. با این حال، نواحی ترکخورده غنیسازی غیرطبیعی فاز - در جهت عرضی و دانههای درشتتر در جهت طولی را نشان دادند، که روندی به سمت دگرگونی ساختار Widmanstätten و یکنواختی ریزساختار بهشدت رو به وخامت گذاشت.
مشاهدات میکروسکوپی سطح شکست تأیید کرد که ترک خوردگی لوله یک شکست شکننده بین دانهای معمولی است، بدون ویژگیهای تغییر شکل پلاستیک، که نشاندهنده یک ترک- ناشی از فرآیند ناشی از ناهمگنی ساختار داخلی است. تست سختی بیشتر این نقص را تأیید کرد و نشان داد که میانگین سختی ویکرز در ناحیه ترکخورده 15 درصد بیشتر از ماتریس معمولی است و باعث ایجاد مناطق سخت شده موضعی و ایجاد مقاومت ناهموار در برابر تغییر شکل غلتشی در لوله میشود.
تجزیه و تحلیل دادههای تجربی جامع، علت اصلی ترکخوردگی دستهای در لولهها را نشان داد: در مرحله ذوب و بچینگ آلیاژ Gr9، میخهای آهنی به عنوان عامل دوپینگ برای عناصر آلیاژی استفاده شد. با این حال، میخ های آهنی را نمی توان به طور یکنواخت در طول اختلاط پراکنده کرد، که منجر به توزیع ناهموار آهن در الکترودهای ذوب شد. این در نهایت منجر به نقایص جداسازی موضعی آهن در شمش شد. این مناطق جدا شده به طور قابل توجهی سختی مواد و مقاومت در برابر تغییر شکل را افزایش دادند و بلوک های سخت شده محلی را تشکیل دادند. در طول نورد سرد بعدی و تغییر شکل پلاستیک بالا، نواحی سخت شده با ظرفیت تغییر شکل ماتریس معمولی مطابقت نداشتند و باعث تمرکز تنش میشد که نمیتوان به طور یکنواخت آزاد شد. این در نهایت منجر به ترکهای شکننده در امتداد مرز دانهها شد و ترکهای نافذ طولی را تشکیل داد.
برای رفع این علت اصلی نقص فرآیند، اصلاحات دقیق فرآیند در پایان تولید انجام شد. سیستم بچینگ آلیاژی بهینه شد و افزودن مستقیم میخ های آهنی را حذف کرد و با آلیاژهای اصلی TiFe و VAlFe جایگزین شد تا اختلاط یکنواخت و ذوب پایدار عناصر آلیاژی حاصل شود. پس از بهینهسازی فرآیند و تأیید تولید نورد دستهای، لولههای آلیاژ تیتانیوم Gr9 دیگر نقصهایی مانند ترکخوردگی طولی و شکستگی شکننده موضعی را نشان نمیدهند. ریزساختار لوله یکنواخت بود، ابعاد پایدار بود، و نرخ صلاحیت شکلدهی به طور قابلتوجهی بهبود یافته بود، که به طور کامل صحت تجزیه و تحلیل علت نقص و اثربخشی فرآیند اصلاح را تأیید میکرد.
این مطالعه بر روی فرآیند کراکینگ نورد سرد لولههای Gr9 به وضوح تأثیر کشنده بچینگ آلیاژ ناهموار و جداسازی عناصر را بر کیفیت شکلدهی لولههای آلیاژ تیتانیوم نشان داد. در تولید لوله های آلیاژ تیتانیوم دقیق، یکنواختی بچینگ ذوب، کنترل عناصر ناخالصی و پایداری ریزساختار کلیدهای اصلی کنترل کیفیت شکل دهی نورد سرد هستند. با بهینه سازی فرآیند بچینگ آلیاژ میانی، می توان از عیوب مانند جداسازی عناصر، ریزساختار غیرعادی و سختی ناهموار از منبع جلوگیری کرد و مشکل ترک شکننده در نورد سرد لوله های Gr9 را به طور کامل حل کرد.
این تحقیق پشتیبانی نظری مهمی را برای تولید استاندارد، مقیاس بزرگ و با کیفیت بالا- لولههای آلیاژ تیتانیوم Gr9 ارائه میکند، که به طور موثر سیستم کنترل فرآیند را برای بچینگ ذوب آلیاژ تیتانیوم و شکلدهی پلاستیک بهبود میبخشد، و دارای ارزش کاربردی مهندسی قابل توجهی برای بهبود کیفیت و کارایی لولههای دقیق، پتروشیمی و تیتانیوم مورد استفاده است. تجهیزات پیشرفته-