Gr9 (Ti-3Al-2,5V) titanyum alaşımı, TC4 alaşımının yinelemeli optimizasyonundan türetilen, düşük-alüminyum eşdeğerine yakın- tipte bir titanyum alaşımıdır. Mükemmel yüksek ve düşük sıcaklıkta mekanik özelliklere, korozyon direncine ve soğuk ve sıcak çalışma plastisitesine sahip olmasının yanı sıra istikrarlı ve güvenilir şekillendirilebilirlik ve kaynaklanabilirlik de sergiler. Üst düzey hafif borular için temel bir malzemedir. Kapsamlı performans avantajları nedeniyle, Gr9 titanyum alaşımlı borular, malzeme tekdüzeliği, mikro yapı stabilitesi ve şekillendirme tutarlılığı açısından son derece yüksek işlem gereksinimlerinin olduğu uçak motorları için hidrolik yakıt hatları, üst düzey spor ekipmanları, petrol sondaj muhafazası ve ısı değişim boru hatları gibi önemli alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.
Bir grup Gr9 titanyum alaşımlı borunun soğuk haddeleme üretimi sırasında, borular Φ70mm×8mm'den Φ55mm×6mm'ye inceltildiğinde büyük-alanlı uzunlamasına nüfuz eden çatlaklar meydana geldi. Çatlaklar, boru gövdesinin uzunlamasına yönü boyunca lokal olarak yoğunlaşmış olup, boru yüzeyinde belirgin bir çizik, darbe veya başka bir dış hasar görülmemiştir. Çatlaklar boru duvarına tamamen nüfuz ederek bu boru grubu için doğrudan %60'lık bir hurda oranına neden oldu ve üretim ilerlemesini ve nihai ürün yeterlilik oranını ciddi şekilde etkiledi. Kusurun temel nedenini doğru bir şekilde belirlemek ve parti çatlama problemini çözmek için bu çalışma, Gr9 tüplerinin soğuk haddeleme çatlama mekanizmasını derinlemesine analiz etmek ve hedeflenen süreç optimizasyon çözümleri geliştirmek amacıyla bileşen analizi, metalografik gözlem, kırılma morfolojisi analizi ve mikro sertlik karşılaştırmasını içeren sistematik deneyler gerçekleştirdi.
Bu deneyde borunun hem çatlak hem de sağlam alanlarından çok sayıda numune toplandı. Kimyasal bileşim, bir ICP tam-spektrumlu doğrudan-okuma spektrometresi ve bir TC-600 oksijen ve nitrojen analizörü kullanılarak analiz edildi. Eş zamanlı olarak, uzunlamasına ve enine metalografik numuneler hazırlandı ve hidroflorik asit, nitrik asit ve su- bazlı bir dağlayıcı kullanılarak metalografik dağlama yapıldı. Matriks yapısındaki farklılıklar optik mikroskop kullanılarak gözlemlendi. Çatlak kırılma yüzeyinin mikro yapısı bir taramalı elektron mikroskobu kullanılarak gözlemlendi ve kusurların temel nedenlerini kapsamlı bir şekilde belirlemek için bir mikro sertlik test cihazı kullanılarak her iki numune türü üzerinde çok noktalı sertlik karşılaştırma testi yapıldı.
Bileşim analizi, aşırı demir içeriği ve oksijen içeriğinin standardın üst sınırına yaklaştığı ve malzeme özelliklerinde dalgalanmalara önemli ölçüde katkıda bulunduğu, çatlamış numunelerdeki anormallikleri ortaya çıkardı. Metalografik analiz, borunun sağlam alanlarının, düzenli tanecik düzenine ve iyi mikro yapı tutarlılığına sahip, tekdüze ve stabil bir standart eşeksenli yapı sergilediğini gösterdi; ancak çatlak alanlar, enine yönde -fazında anormal zenginleşme ve uzunlamasına yönde önemli ölçüde daha kaba taneler gösterdi; bu da Widmanstätten yapı dönüşümüne doğru bir eğilim ve ciddi şekilde bozulan mikro yapı tekdüzeliği sergiledi.
Kırılma yüzeyinin mikroskobik gözlemi, boru çatlağının, plastik deformasyon özellikleri olmayan tipik bir tanecikler arası gevrek kırılma olduğunu doğruladı; bu, iç mikroyapının homojensizliğinden kaynaklanan bir süreç- kaynaklı çatlamaya işaret ediyordu. Sertlik testi kusuru daha da doğruladı; çatlak alandaki ortalama Vickers sertliğinin normal matrisinkinden %15 daha yüksek olduğunu, lokalize sertleşmiş bölgeler oluşturduğunu ve boruda yuvarlanma deformasyonuna karşı eşit olmayan dirence neden olduğunu gösterdi.
Kapsamlı deneysel verilerin analizi, borulardaki parti çatlamalarının temel nedenini ortaya çıkardı: Gr9 alaşımının eritilmesi ve harmanlanması aşamasında, alaşım elementleri için doping maddesi olarak demir çiviler kullanıldı. Bununla birlikte, demir çiviler karıştırma sırasında düzgün bir şekilde dağılamadı ve bu da eritme elektrotlarında eşit olmayan demir dağılımına neden oldu. Bu sonuçta külçe içinde lokalize demir segregasyon kusurlarına yol açtı. Bu ayrılmış alanlar, malzemenin sertliğini ve deformasyon direncini önemli ölçüde artırarak yerel olarak sertleştirilmiş bloklar oluşturdu. Daha sonraki soğuk haddeleme ve yüksek plastik deformasyon sırasında, sertleştirilmiş alanlar normal matrisin deformasyon kapasitesiyle eşleşmedi ve bu da eşit şekilde salınamayan gerilim konsantrasyonuna neden oldu. Bu sonuçta tane sınırları boyunca kırılgan çatlaklara neden oldu ve boyuna nüfuz eden çatlaklar oluştu.
Proses kusurunun bu temel nedenini çözmek için üretimin sonunda hassas proses değişiklikleri uygulandı. Alaşım harmanlama sistemi, demir çivilerin doğrudan eklenmesini ortadan kaldıracak ve alaşım elementlerinin eşit şekilde karıştırılmasını ve istikrarlı bir şekilde eritilmesini sağlamak için TiFe ve VALFe ana alaşımlarıyla değiştirilerek optimize edildi. Proses optimizasyonu ve toplu haddeleme üretim doğrulamasının ardından, Gr9 titanyum alaşımlı borularda artık uzunlamasına çatlama ve lokal kırılgan kırılma gibi kusurlar görülmedi. Borunun mikro yapısı tekdüzeydi, boyutlar sabitti ve şekillendirme yeterlilik oranı önemli ölçüde iyileştirildi; bu, kusur nedeni analizinin doğruluğunu ve düzeltme sürecinin etkinliğini tam olarak doğruladı.
Gr9 boruların soğuk haddeleme çatlama prosesi üzerine yapılan bu çalışma, düzensiz alaşım harmanlamanın ve eleman ayrımının titanyum alaşımlı boruların şekillendirme kalitesi üzerindeki ölümcül etkisini açıkça ortaya koydu. Hassas titanyum alaşımlı boruların üretiminde, eritme karışımının tekdüzeliği, yabancı maddelerin kontrolü ve mikro yapı stabilitesi, soğuk haddeleme şekillendirmenin kalitesini kontrol etmenin temel anahtarlarıdır. Ara alaşım harmanlama işleminin optimize edilmesiyle, kaynakta eleman ayrımı, anormal mikro yapı ve eşit olmayan sertlik gibi kusurlar önlenebilir ve Gr9 tüplerin soğuk haddelenmesinde gevrek çatlama sorunu tamamen çözülebilir.
Bu araştırma, Gr9 titanyum alaşımlı tüplerin standartlaştırılmış, büyük-ölçekli ve yüksek-kaliteli haddeleme üretimi için önemli teorik destek sağlamakta, titanyum alaşımı eritme harmanlama ve plastik şekillendirme için proses kontrol sistemini etkili bir şekilde geliştirmektedir ve havacılık, petrokimya ve ileri teknoloji ekipmanlarda kullanılan hassas titanyum tüplerin kalitesini ve verimliliğini artırmak için önemli bir mühendislik uygulaması değerine sahiptir.