Gr9(Ti-3Al-2.5V) 티타늄 합금은 TC4 합금의 반복적인 최적화를 통해 파생된 저-알루미늄 등가- 유형 티타늄 합금입니다. 우수한 고온 및 저온 기계적 성질, 내식성, 냉간 및 열간 가공 가소성을 가지며, 안정적이고 신뢰성 있는 성형성과 용접성을 나타냅니다. 고급 경량 튜빙의 핵심 소재입니다.- 포괄적인 성능 이점으로 인해 Gr9 티타늄 합금 튜빙은 항공기 엔진용 유압 연료 라인, 고급 스포츠 장비, 석유 시추 케이싱 및 열 교환 파이프라인과 같은 주요 분야에서 널리 사용되며, 재료 균일성, 미세 구조 안정성 및 성형 일관성에 매우 높은 공정 요구 사항이 적용됩니다.
Gr9 티타늄 합금 튜브 배치의 냉간 압연 생산 중에 튜브를 Φ70mm×8mm에서 Φ55mm×6mm로 얇게 만들 때 대면적 세로 관통 균열이 발생했습니다. 균열은 튜브 본체의 길이 방향을 따라 국부적으로 집중되어 있었으며 튜브 표면에 뚜렷한 긁힘, 충격 또는 기타 외부 손상은 없었습니다. 균열이 튜브 벽을 완전히 관통하여 이 튜브 배치의 폐기율이 60%에 달해 생산 진행 상황과 완제품 인증 비율에 심각한 영향을 미쳤습니다. 결함의 근본 원인을 정확하게 파악하고 배치 균열 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 성분 분석, 금속 조직 관찰, 파괴 형태 분석, 미세 경도 비교 등 체계적인 실험을 수행하여 Gr9 튜브의 냉간 압연 균열 메커니즘을 심층적으로 분석하고 목표 공정 최적화 솔루션을 개발했습니다.
이 실험에서는 파이프의 균열된 부분과 손상되지 않은 부분 모두에서 여러 세트의 샘플을 수집했습니다. 화학적 조성은 ICP 전체-스펙트럼 직접-판독 분광계와 TC{5}}600 산소 및 질소 분석기를 사용하여 분석되었습니다. 동시에 세로 및 가로 금속 조직 샘플을 준비하고 불산, 질산 및 수- 기반 에칭제를 사용하여 금속 조직 에칭을 수행했습니다. 매트릭스 구조의 차이는 광학현미경을 이용하여 관찰하였다. 균열 파단면의 미세구조를 주사전자현미경을 이용하여 관찰하였고, 결함의 핵심원인을 종합적으로 파악하기 위해 마이크로경도시험기를 이용하여 두 종류의 시료에 대해 다점경도비교시험을 실시하였다.
조성 분석을 통해 균열된 샘플에서 비정상적인 철 함량과 산소 함량이 기준 상한에 가까워 재료 특성의 변동에 크게 기여하는 것으로 나타났습니다. 금속 조직 분석에 따르면 파이프의 손상되지 않은 부분은 규칙적인 입자 배열과 우수한 미세 구조 일관성을 갖춘 균일하고 안정적인 표준 등축 구조를 나타냈습니다. 그러나 균열 영역은 가로 방향으로 -상의 비정상적 농축과 세로 방향으로 상당히 거친 입자를 보여 Widmanstätten 구조 변형 경향을 나타내며 미세 구조 균일성이 심각하게 저하되었습니다.
파단 표면을 현미경으로 관찰한 결과, 파이프 균열은 소성 변형 특성이 없는 전형적인 입계 취성 파단으로 확인되었으며, 이는 내부 미세 구조 불균일로 인해 발생하는 공정-균열을 나타냅니다. 경도 시험을 통해 균열 부위의 평균 비커스 경도가 일반 매트릭스의 평균 비커스 경도보다 15% 더 높아 국부적인 경화 영역이 형성되고 파이프의 롤링 변형에 대한 불균일한 저항이 발생하는 것으로 나타나 결함이 더욱 확증되었습니다.
포괄적인 실험 데이터 분석을 통해 파이프 배치 균열의 근본 원인이 밝혀졌습니다. Gr9 합금 제련 및 배치 단계에서 철 못이 합금 원소의 도핑 제로 사용되었습니다. 그러나 혼합 중에 철 못이 균일하게 분산되지 않아 제련 전극에서 철 분포가 고르지 않게 됩니다. 이는 궁극적으로 잉곳 내에서 국부적인 철 분리 결함을 초래했습니다. 이러한 분리된 영역은 재료의 경도와 변형 저항을 크게 증가시켜 국부적으로 경화된 블록을 형성합니다. 후속 냉간 압연 및 높은 소성 변형 동안 경화된 영역이 일반 매트릭스의 변형 용량과 일치하지 않아 균일하게 해제될 수 없는 응력 집중이 발생했습니다. 이는 궁극적으로 결정립계를 따라 취성균열을 발생시켜 종방향 관통균열을 형성하게 된다.
공정 결함의 근본 원인을 해결하기 위해 생산 단계에서 정밀한 공정 수정이 구현되었습니다. 합금 배치 시스템을 최적화하여 철 못을 직접 첨가하지 않고 TiFe 및 VAlFe 모합금으로 대체하여 합금 원소의 균일한 혼합과 안정적인 제련을 달성했습니다. 공정 최적화 및 배치 압연 생산 검증 후 Gr9 티타늄 합금 튜브는 더 이상 종방향 균열 및 국부적인 취성 파괴와 같은 결함을 나타내지 않았습니다. 튜브 미세 구조가 균일하고 치수가 안정적이며 성형 적격률이 크게 향상되어 결함 원인 분석의 정확성과 수정 프로세스의 효율성이 완전히 검증되었습니다.
Gr9 튜브의 냉간 압연 균열 공정에 대한 이 연구는 불균일한 합금 배치 및 요소 분리가 티타늄 합금 튜브의 성형 품질에 미치는 치명적인 영향을 분명히 보여주었습니다. 정밀 티타늄 합금 튜브 생산에서 제련 배치의 균일성, 불순물 원소 제어 및 미세 구조 안정성은 냉간 압연 성형 품질 제어의 핵심 열쇠입니다. 중간 합금 배치 공정을 최적화함으로써 원소 편석, 비정상적인 미세 구조 및 불균일한 경도와 같은 결함을 원천적으로 피할 수 있으며 Gr9 튜브 냉간 압연 시 취성 균열 문제를 완전히 해결합니다.
이 연구는 Gr9 티타늄 합금 튜브의 표준화된 대규모{0}}고품질 압연 생산에 대한 중요한 이론적 근거를 제공하여 티타늄 합금 제련 배치 및 플라스틱 성형을 위한 공정 제어 시스템을 효과적으로 개선하고 항공우주, 석유화학 및 고급 장비에 사용되는 정밀 티타늄 튜브의 품질과 효율성을 개선하기 위한 중요한 엔지니어링 적용 가치를 제공합니다.{3}}