A liga de titânio Gr9 (Ti-3Al-2,5V) é uma liga de titânio com baixo teor de-alumínio equivalente próximo a- derivada da otimização iterativa da liga TC4. Possui excelentes propriedades mecânicas em altas e baixas temperaturas, resistência à corrosão e plasticidade para trabalho a frio e a quente, ao mesmo tempo que exibe conformabilidade e soldabilidade estáveis e confiáveis. É um material essencial para tubos-leves de alta qualidade. Devido às suas abrangentes vantagens de desempenho, os tubos de liga de titânio Gr9 são amplamente utilizados em áreas-chave, como linhas de combustível hidráulico para motores aeronáuticos, equipamentos esportivos de alta qualidade, revestimentos de perfuração de petróleo e dutos de troca de calor, onde requisitos de processo extremamente elevados são impostos à uniformidade do material, estabilidade da microestrutura e consistência de formação.
Durante a produção de laminação a frio de um lote de tubos de liga de titânio Gr9, ocorreram rachaduras penetrantes longitudinais de grande-área quando os tubos foram desbastados de Φ70mm×8mm a Φ55mm×6mm. As fissuras estavam concentradas localmente ao longo da direção longitudinal do corpo do tubo, sem arranhões, impactos ou outros danos externos óbvios na superfície do tubo. As rachaduras penetraram completamente na parede do tubo, causando diretamente uma taxa de descarte de 60% para este lote de tubos, impactando severamente o progresso da produção e a taxa de qualificação do produto acabado. Para identificar com precisão a causa raiz do defeito e resolver o problema de craqueamento em lote, este estudo conduziu experimentos sistemáticos, incluindo análise de componentes, observação metalográfica, análise de morfologia de fratura e comparação de microdureza para analisar profundamente o mecanismo de craqueamento por laminação a frio de tubos Gr9 e desenvolver soluções de otimização de processo direcionadas.
Neste experimento, vários conjuntos de amostras foram coletados de áreas rachadas e intactas do tubo. A composição química foi analisada usando um espectrômetro de leitura direta-de espectro total ICP e um analisador de oxigênio e nitrogênio TC-600. Simultaneamente, amostras metalográficas longitudinais e transversais foram preparadas e o ataque metalográfico foi realizado usando ácido fluorídrico, ácido nítrico e ácido à base de água. Diferenças na estrutura da matriz foram observadas utilizando um microscópio óptico. A microestrutura da superfície de fratura da trinca foi observada usando um microscópio eletrônico de varredura, e testes de comparação de dureza multiponto foram realizados em ambos os tipos de amostras usando um testador de microdureza para identificar de forma abrangente as principais causas dos defeitos.
A análise composicional revelou anormalidades nas amostras fissuradas, com teor excessivo de ferro e teor de oxigênio aproximando-se do limite superior do padrão, contribuindo significativamente para flutuações nas propriedades do material. A análise metalográfica mostrou que as áreas intactas do tubo exibiam uma estrutura equiaxial padrão uniforme e estável, com arranjo regular de grãos e boa consistência microestrutural; no entanto, as áreas fissuradas apresentaram enriquecimento anormal da fase - na direção transversal e grãos significativamente mais grossos na direção longitudinal, exibindo uma tendência à transformação da estrutura de Widmanstätten e uniformidade da microestrutura severamente deteriorada.
A observação microscópica da superfície de fratura confirmou que a trinca do tubo era uma fratura frágil intergranular típica, sem características de deformação plástica, indicando uma trinca induzida pelo processo causada pela falta de homogeneidade da microestrutura interna. Os testes de dureza corroboraram ainda mais o defeito, mostrando que a dureza Vickers média na área fissurada foi 15% maior que a da matriz normal, formando regiões endurecidas localizadas e causando resistência desigual à deformação por rolamento no tubo.
A análise de dados experimentais abrangentes revelou a causa raiz da fissuração dos lotes nos tubos: Durante a fase de fundição e dosagem da liga Gr9, pregos de ferro foram usados como agente dopante para elementos de liga. No entanto, os pregos de ferro não puderam ser uniformemente dispersos durante a mistura, resultando numa distribuição desigual de ferro nos eléctrodos de fundição. Em última análise, isso levou a defeitos localizados de segregação de ferro dentro do lingote. Essas áreas segregadas aumentaram significativamente a dureza do material e a resistência à deformação, formando blocos localmente endurecidos. Durante a subsequente laminação a frio e alta deformação plástica, as áreas endurecidas não corresponderam à capacidade de deformação da matriz normal, causando concentração de tensões que não puderam ser liberadas uniformemente. Em última análise, isso resultou em fissuras frágeis ao longo dos limites dos grãos, formando fissuras penetrantes longitudinais.
Para resolver esta causa raiz do defeito do processo, foram implementadas modificações precisas no processo no final da produção. O sistema de dosagem de liga foi otimizado, eliminando a adição direta de pregos de ferro e substituindo-o por ligas mestres TiFe e VAlFe para obter mistura uniforme e fundição estável de elementos de liga. Após a otimização do processo e a verificação da produção de laminação em lote, os tubos de liga de titânio Gr9 não apresentavam mais defeitos como trincas longitudinais e fratura frágil localizada. A microestrutura do tubo era uniforme, as dimensões eram estáveis e a taxa de qualificação de conformação foi significativamente melhorada, verificando totalmente a precisão da análise da causa do defeito e a eficácia do processo de retificação.
Este estudo sobre o processo de craqueamento por laminação a frio de tubos Gr9 revelou claramente o impacto fatal da dosagem irregular da liga e da segregação dos elementos na qualidade de formação dos tubos de liga de titânio. Na produção de tubos de liga de titânio de precisão, a uniformidade da dosagem de fundição, o controle de elementos de impureza e a estabilidade da microestrutura são as chaves principais para controlar a qualidade da conformação por laminação a frio. Ao otimizar o processo de dosagem de liga intermediária, defeitos como segregação de elementos, microestrutura anormal e dureza irregular podem ser evitados na fonte, resolvendo completamente o problema de rachaduras frágeis na laminação a frio de tubos Gr9.
Esta pesquisa fornece suporte teórico importante para a produção de laminação padronizada, em grande-escala e de alta{1}}qualidade de tubos de liga de titânio Gr9, melhorando efetivamente o sistema de controle de processo para fundição de liga de titânio, lotes e formação de plástico, além de ter um valor significativo de aplicação de engenharia para melhorar a qualidade e a eficiência de tubos de titânio de precisão usados na indústria aeroespacial, petroquímica e em equipamentos-de alta tecnologia.