L'aliatge de titani Gr9 (Ti-3Al{-2,5 V) és un aliatge de titani de baix-equivalent d'alumini de tipus proper a- derivat de l'optimització iterativa de l'aliatge TC4. Posseeix excel·lents propietats mecàniques d'alta i baixa temperatura, resistència a la corrosió i plasticitat de treball en fred i calent, alhora que presenta una conformabilitat i soldabilitat estables i fiables. És un material bàsic per a tubs lleugers-de gamma alta. A causa dels seus avantatges de rendiment complets, el tub d'aliatge de titani Gr9 s'utilitza àmpliament en àrees clau com ara línies de combustible hidràulic per a motors aeris, equips esportius de gamma alta, carcassa de perforació de petroli i canonades d'intercanvi de calor, on es fan requisits de procés extremadament alts en la uniformitat del material, l'estabilitat de la microestructura i la consistència de formació.
Durant la producció de laminació en fred d'un lot de tubs d'aliatge de titani Gr9, es van produir esquerdes penetrants longitudinals de gran -àrea quan els tubs es van aprimar de Φ70mm × 8mm a Φ55mm × 6mm. Les esquerdes es van concentrar localment al llarg de la direcció longitudinal del cos del tub, sense rascades, impactes o altres danys externs evidents a la superfície del tub. Les esquerdes van penetrar completament a la paret del tub, provocant directament una taxa de ferralla del 60% per a aquest lot de tubs, afectant greument el progrés de la producció i la taxa de qualificació del producte acabat. Per identificar amb precisió la causa arrel del defecte i resoldre el problema de craqueig per lots, aquest estudi va dur a terme experiments sistemàtics que inclouen anàlisi de components, observació metal·logràfica, anàlisi de morfologia de fractura i comparació de microduresa per analitzar en profunditat el mecanisme de fissuració de laminació en fred dels tubs Gr9 i desenvolupar solucions d'optimització de processos dirigides.
En aquest experiment, es van recollir diversos conjunts de mostres tant de les zones esquerdades com de les zones intactes de la canonada. La composició química es va analitzar mitjançant un espectròmetre de lectura directa-d'espectre complet ICP i un analitzador d'oxigen i nitrogen TC-600. Simultàniament, es van preparar mostres metal·logràfiques longitudinals i transversals i es va realitzar un gravat metal·logràfic amb un gravador a base d'àcid fluorhídric, àcid nítric i -aigua. Es van observar diferències en l'estructura de la matriu mitjançant un microscopi òptic. La microestructura de la superfície de fractura de l'esquerda es va observar mitjançant un microscopi electrònic d'escaneig i es van realitzar proves de comparació de duresa multipunt en ambdós tipus de mostres mitjançant un provador de microduresa per identificar de manera exhaustiva les causes bàsiques dels defectes.
L'anàlisi de la composició va revelar anomalies a les mostres esquerdades, amb un contingut excessiu de ferro i un contingut d'oxigen que s'acostava al límit superior de l'estàndard, contribuint significativament a les fluctuacions de les propietats del material. L'anàlisi metal·logràfica va mostrar que les zones intactes de la canonada presentaven una estructura equiaxial estàndard uniforme i estable amb una disposició regular del gra i una bona consistència de la microestructura; tanmateix, les zones esquerdades van mostrar un enriquiment anormal de la fase - en la direcció transversal i grans significativament més gruixuts en la direcció longitudinal, mostrant una tendència cap a la transformació de l'estructura de Widmanstätten i una uniformitat de la microestructura molt deteriorada.
L'observació microscòpica de la superfície de fractura va confirmar que l'esquerdament de la canonada era una fractura trencadissa intergranular típica, sense característiques de deformació plàstica, cosa que indica un procés-esquerdament induït per la falta d'homogeneïtat de la microestructura interna. Les proves de duresa van corroborar encara més el defecte, mostrant que la duresa mitjana de Vickers a la zona esquerdada era un 15% superior a la de la matriu normal, formant regions endurides localitzades i provocant una resistència desigual a la deformació de rodament a la canonada.
L'anàlisi de dades experimentals exhaustives va revelar la causa principal de l'esquerdament per lots a les canonades: durant l'etapa de fosa i dosificació de l'aliatge Gr9, es van utilitzar claus de ferro com a agent de dopatge per als elements d'aliatge. Tanmateix, els claus de ferro no es van poder dispersar uniformement durant la barreja, donant lloc a una distribució desigual del ferro als elèctrodes de fosa. Això finalment va provocar defectes localitzats de segregació del ferro dins del lingot. Aquestes àrees segregades van augmentar significativament la duresa del material i la resistència a la deformació, formant blocs endurits localment. Durant el laminat en fred posterior i l'alta deformació plàstica, les zones endurides no coincidien amb la capacitat de deformació de la matriu normal, provocant una concentració d'estrès que no es podia alliberar uniformement. Això finalment va donar lloc a un trencament trencadís al llarg dels límits del gra, formant esquerdes penetrants longitudinals.
Per abordar aquesta causa arrel del defecte del procés, es van implementar modificacions precises del procés al final de la producció. El sistema de dosificació d'aliatges es va optimitzar, eliminant l'addició directa de claus de ferro i substituint-lo per aliatges mestres TiFe i VALFe per aconseguir una barreja uniforme i una fosa estable dels elements d'aliatge. Després de l'optimització del procés i la verificació de la producció de laminació per lots, els tubs d'aliatge de titani Gr9 ja no presentaven defectes com ara esquerdes longitudinals i fractures fràgils localitzades. La microestructura del tub era uniforme, les dimensions eren estables i la taxa de qualificació de conformació es va millorar significativament, verificant completament la precisió de l'anàlisi de la causa del defecte i l'eficàcia del procés de rectificació.
Aquest estudi sobre el procés de trencament de laminació en fred dels tubs Gr9 va revelar clarament l'impacte fatal del lot desigual d'aliatges i la segregació d'elements en la qualitat de formació dels tubs d'aliatge de titani. En la producció de tubs d'aliatge de titani de precisió, la uniformitat dels lots de fosa, el control dels elements d'impureses i l'estabilitat de la microestructura són les claus bàsiques per controlar la qualitat de la formació de laminació en fred. Mitjançant l'optimització del procés de lot d'aliatges intermedis, es poden evitar defectes com la segregació d'elements, la microestructura anormal i la duresa desigual de la font, solucionant completament el problema de l'esquerdament fràgil en el laminat en fred dels tubs Gr9.
Aquesta investigació proporciona un suport teòric important per a la producció de tubs d'aliatge de titani Gr9 estandarditzat, a gran{0}}escala i d'alta qualitat{1}, millorant eficaçment el sistema de control del procés per a la fosa per lots d'aliatge de titani i la conformació de plàstics, i té un valor significatiu d'aplicació d'enginyeria per millorar la qualitat i l'eficiència dels tubs de titani de precisió, petroquímics,{3}de gamma alta i aeroespacials.