โลหะผสมไทเทเนียม Gr9 (Ti-3Al-2.5V) เป็นโลหะผสมไทเทเนียมต่ำ-เทียบเท่ากับไทเทเนียมประเภทใกล้- ซึ่งได้มาจากการปรับปรุงประสิทธิภาพซ้ำของโลหะผสม TC4 มีคุณสมบัติเชิงกลที่อุณหภูมิสูงและต่ำที่ยอดเยี่ยม ทนต่อการกัดกร่อน และความเป็นพลาสติกในการทำงานแบบเย็นและร้อน ขณะเดียวกันก็แสดงความสามารถในการขึ้นรูปและการเชื่อมที่มั่นคงและเชื่อถือได้ เป็นวัสดุหลักสำหรับ-ท่อน้ำหนักเบาระดับไฮเอนด์ เนื่องจากข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพที่ครอบคลุม ท่อโลหะผสมไทเทเนียม Gr9 จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในพื้นที่สำคัญ เช่น ท่อเชื้อเพลิงไฮดรอลิกสำหรับเครื่องยนต์อากาศยาน อุปกรณ์กีฬาระดับไฮเอนด์ ท่อเจาะน้ำมัน และท่อแลกเปลี่ยนความร้อน ซึ่งมีข้อกำหนดกระบวนการที่สูงมากเกี่ยวกับความสม่ำเสมอของวัสดุ ความเสถียรของโครงสร้างจุลภาค และความสม่ำเสมอในการขึ้นรูป
ในระหว่างการผลิตท่อโลหะผสมไทเทเนียม Gr9 ชุดหนึ่งแบบรีดเย็น รอยแตกเจาะทะลุแนวยาวขนาดใหญ่- เกิดขึ้นเมื่อท่อถูกทำให้บางลงตั้งแต่ Φ70มม.×8มม. ถึง Φ55มม.×6มม. รอยแตกร้าวมีความเข้มข้นเฉพาะจุดตามแนวยาวของตัวท่อ โดยไม่มีรอยขีดข่วน การกระแทก หรือความเสียหายภายนอกอื่นๆ ที่ชัดเจนบนพื้นผิวท่อ รอยแตกทะลุผนังท่อจนหมด ทำให้เกิดอัตราของเสียโดยตรง 60% สำหรับหลอดชุดนี้ ส่งผลอย่างรุนแรงต่อความคืบหน้าการผลิตและอัตราคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป เพื่อระบุสาเหตุของข้อบกพร่องอย่างแม่นยำและแก้ปัญหาการแตกร้าวเป็นชุด การศึกษานี้ได้ทำการทดลองอย่างเป็นระบบ รวมถึงการวิเคราะห์ส่วนประกอบ การสังเกตทางโลหะวิทยา การวิเคราะห์สัณฐานวิทยาของการแตกหัก และการเปรียบเทียบความแข็งระดับไมโคร เพื่อวิเคราะห์กลไกการแตกร้าวแบบรีดเย็นของท่อ Gr9 อย่างลึกซึ้ง และพัฒนาโซลูชันการปรับกระบวนการให้เหมาะสมตามเป้าหมาย
ในการทดลองนี้ มีการเก็บตัวอย่างหลายชุดจากทั้งบริเวณที่แตกร้าวและสมบูรณ์ของท่อ วิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีโดยใช้สเปกโตรมิเตอร์แบบอ่าน-สเปกตรัมโดยตรง-ของ ICP และเครื่องวิเคราะห์ออกซิเจนและไนโตรเจน TC-600 ในขณะเดียวกัน ก็เตรียมตัวอย่างทางโลหะวิทยาตามยาวและตามขวาง และทำการกัดกรดไฮโดรฟลูออริก กรดไนตริก และสารกัดกรดที่เป็นน้ำ- สังเกตความแตกต่างในโครงสร้างเมทริกซ์โดยใช้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง โครงสร้างจุลภาคของพื้นผิวรอยแตกร้าวถูกสังเกตโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด และทำการทดสอบเปรียบเทียบความแข็งแบบหลายจุดกับตัวอย่างทั้งสองประเภทโดยใช้เครื่องทดสอบความแข็งระดับไมโครเพื่อระบุสาเหตุหลักของข้อบกพร่องอย่างครอบคลุม
การวิเคราะห์องค์ประกอบเผยให้เห็นความผิดปกติในตัวอย่างที่แตกร้าว โดยมีปริมาณธาตุเหล็กและออกซิเจนมากเกินไปจนเข้าใกล้ขีดจำกัดด้านบนของมาตรฐาน ซึ่งส่งผลให้คุณสมบัติของวัสดุมีความผันผวนอย่างมาก การวิเคราะห์ทางโลหะวิทยาแสดงให้เห็นว่าพื้นที่ที่ไม่บุบสลายของท่อมีโครงสร้างเทียบเท่ามาตรฐานที่สม่ำเสมอและมีเสถียรภาพ พร้อมการจัดเรียงเกรนสม่ำเสมอและความสม่ำเสมอของโครงสร้างจุลภาคที่ดี อย่างไรก็ตาม พื้นที่ที่มีรอยแตกร้าวแสดงให้เห็นการเพิ่มระยะ - อย่างผิดปกติในทิศทางตามขวางและมีเม็ดหยาบมากขึ้นในทิศทางตามยาว ซึ่งแสดงแนวโน้มไปสู่การเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง Widmanstätten และความสม่ำเสมอของโครงสร้างจุลภาคที่เสื่อมลงอย่างรุนแรง
การสังเกตด้วยกล้องจุลทรรศน์ของพื้นผิวแตกหักยืนยันว่าการแตกร้าวของท่อเป็นการแตกหักแบบเปราะตามขอบเกรนโดยทั่วไป โดยไม่มีคุณลักษณะการเปลี่ยนรูปแบบพลาสติก ซึ่งบ่งชี้ถึงกระบวนการ-ทำให้เกิดการแตกร้าวที่เกิดจากความไม่สอดคล้องกันของโครงสร้างจุลภาคภายใน การทดสอบความแข็งช่วยยืนยันข้อบกพร่องเพิ่มเติม โดยแสดงให้เห็นว่าความแข็งเฉลี่ยของ Vickers ในบริเวณที่เกิดรอยแตกนั้นสูงกว่าค่าของเมทริกซ์ปกติถึง 15% ทำให้เกิดบริเวณที่ชุบแข็งเฉพาะที่ และทำให้เกิดความต้านทานที่ไม่สม่ำเสมอต่อการเสียรูปจากการกลิ้งในท่อ
การวิเคราะห์ข้อมูลการทดลองที่ครอบคลุมเผยให้เห็นสาเหตุที่แท้จริงของการแตกร้าวเป็นชุดในท่อ: ในระหว่างขั้นตอนการถลุงและการผสมโลหะผสม Gr9 ตะปูเหล็กถูกใช้เป็นสารเติมสำหรับธาตุโลหะผสม อย่างไรก็ตาม ตะปูเหล็กไม่สามารถกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอในระหว่างการผสม ส่งผลให้การกระจายตัวของเหล็กที่อิเล็กโทรดถลุงไม่สม่ำเสมอ ในที่สุดสิ่งนี้นำไปสู่ข้อบกพร่องในการแยกเหล็กเฉพาะจุดภายในแท่งโลหะ พื้นที่แยกเหล่านี้เพิ่มความแข็งของวัสดุและความต้านทานการเสียรูปอย่างมีนัยสำคัญ ทำให้เกิดบล็อกแข็งเฉพาะที่ ในระหว่างการรีดเย็นและการเสียรูปพลาสติกในระดับสูงตามมา พื้นที่ชุบแข็งไม่ตรงกับความสามารถในการเปลี่ยนรูปของเมทริกซ์ปกติ ทำให้เกิดความเข้มข้นของความเค้นที่ไม่สามารถปล่อยออกมาอย่างสม่ำเสมอ ในที่สุดสิ่งนี้ส่งผลให้เกิดการแตกร้าวแบบเปราะตามแนวขอบเขตของเมล็ดพืช ทำให้เกิดรอยแตกร้าวที่เจาะทะลุตามยาว
เพื่อแก้ไขสาเหตุที่แท้จริงของข้อบกพร่องของกระบวนการ ได้มีการปรับเปลี่ยนกระบวนการอย่างแม่นยำที่ขั้นตอนการผลิต ระบบการผสมโลหะผสมได้รับการปรับให้เหมาะสม โดยกำจัดตะปูเหล็กโดยตรง และแทนที่ด้วยโลหะผสมหลัก TiFe และ VAlFe เพื่อให้ได้การผสมที่สม่ำเสมอและการถลุงธาตุโลหะผสมอย่างเสถียร หลังจากการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการและการตรวจสอบการผลิตแบบกลิ้งเป็นชุด ท่อโลหะผสมไทเทเนียม Gr9 จะไม่แสดงข้อบกพร่องอีกต่อไป เช่น การแตกร้าวตามยาวและการแตกหักแบบเปราะเฉพาะที่ โครงสร้างจุลภาคของท่อมีความสม่ำเสมอ ขนาดมีเสถียรภาพ และอัตราคุณสมบัติการขึ้นรูปได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ ตรวจสอบความถูกต้องของการวิเคราะห์สาเหตุของข้อบกพร่องและประสิทธิผลของกระบวนการแก้ไขได้อย่างสมบูรณ์
การศึกษาเกี่ยวกับกระบวนการแคร็กรีดเย็นของท่อ Gr9 เผยให้เห็นอย่างชัดเจนถึงผลกระทบร้ายแรงของการผสมโลหะผสมที่ไม่สม่ำเสมอและการแยกองค์ประกอบต่อคุณภาพการขึ้นรูปของท่อโลหะผสมไทเทเนียม ในการผลิตท่อโลหะผสมไทเทเนียมที่มีความแม่นยำ ความสม่ำเสมอของการหลอมชุด การควบคุมองค์ประกอบที่ไม่บริสุทธิ์ และความเสถียรของโครงสร้างจุลภาคเป็นกุญแจสำคัญในการควบคุมคุณภาพของการขึ้นรูปรีดเย็น ด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการผสมโลหะผสมระดับกลาง ข้อบกพร่องต่างๆ เช่น การแยกองค์ประกอบ โครงสร้างจุลภาคที่ผิดปกติ และความแข็งไม่สม่ำเสมอ สามารถหลีกเลี่ยงได้จากแหล่งกำเนิด ซึ่งช่วยแก้ปัญหาการแตกร้าวเปราะในการรีดเย็นของท่อ Gr9 ได้อย่างสมบูรณ์
งานวิจัยนี้ให้การสนับสนุนทางทฤษฎีที่สำคัญสำหรับการผลิตแบบกลิ้งที่ได้มาตรฐาน -ขนาดใหญ่ และมีคุณภาพสูง-ของท่อโลหะผสมไทเทเนียม Gr9 ปรับปรุงระบบควบคุมกระบวนการสำหรับการถลุงโลหะผสมไทเทเนียมและการขึ้นรูปพลาสติกอย่างมีประสิทธิภาพ และมีคุณค่าทางวิศวกรรมที่สำคัญในการปรับปรุงคุณภาพและประสิทธิภาพของท่อไทเทเนียมที่มีความแม่นยำที่ใช้ในการบินและอวกาศ ปิโตรเคมี และอุปกรณ์ขั้นสูง-