Η ποιότητα της απόδοσης σύνδεσης διεπαφής των σύνθετων πλακών με συγκόλληση με έκρηξη είναι ο κύριος παράγοντας που επηρεάζει τη συνολική απόδοση και την ασφάλεια συντήρησης των σύνθετων πλακών. Επί του παρόντος, η έρευνα για συγκολλημένες σύνθετες πλάκες με έκρηξη χάλυβα τιτανίου στο εσωτερικό και στο εξωτερικό επικεντρώνεται κυρίως στο επίπεδο, τη δομή, τις μηχανικές ιδιότητες, τις ηλεκτροχημικές ιδιότητες και άλλες πτυχές της διεπαφής συγκόλλησης. Η ανομοιομορφία της διεπαφής που προκαλείται από διάφορους παράγοντες οδηγεί σε διαφορές στις ιδιότητες εφελκυσμού, διάτμησης, κρούσης, ηλεκτροχημικών, κόπωσης και άλλων ιδιοτήτων μεταξύ σύνθετων πλακών συγκόλλησης με έκρηξη και ομοιογενούς επένδυσης και υποστρωμάτων.
Η έρευνα έχει δείξει ότι επίπεδες ή κυματιστές διεπαφές μπορούν να ληφθούν υπό διαφορετικές παραμέτρους διεργασίας και τυπικές κυματιστές διεπαφές μπορούν να ληφθούν με συγκόλληση ανόμοιων μεταλλικών σύνθετων πλακών εντός κατάλληλων παραθύρων συγκόλλησης. Το υψηλό εκρηκτικό φορτίο εντείνει την πλαστική παραμόρφωση στη διεπιφάνεια σύνδεσης, προκαλώντας επιμήκυνση των κόκκων σε διάφορους βαθμούς κατά μήκος της κατεύθυνσης έκρηξης και συνοδευόμενη από το σχηματισμό μερικών νέων εύθραυστων διαμεταλλικών φάσεων. Η κυματοειδής διεπιφάνεια που σχηματίζεται από την έντονη ροή μετάλλου στη διεπιφάνεια της σύνθετης πλάκας με συγκόλληση με έκρηξη χάλυβα τιτανίου βελτιώνει την κατάσταση συγκόλλησης της διεπαφής και ενισχύει την απόδοση διάτμησης της διεπαφής σύνδεσης κατά μήκος της κατεύθυνσης συγκόλλησης έκρηξης. Οι κόκκοι κοντά στη διεπιφάνεια των σύνθετων πλακών από χάλυβα τιτανίου είναι πολύ μικροί και ανομοιόμορφοι σε μέγεθος και σχήμα. Υπάρχει μια σαφής περιφερειακή κατανομή των κόκκων από τη διεπαφή στην πλευρά του υποστρώματος στην περιοχή μακριά από τη διεπιφάνεια, και οι κόκκοι στην πλευρά της επένδυσης υφίστανται επίσης παραμόρφωση. Η τιμή μικροσκληρότητας είναι γενικά υψηλότερη στη διεπιφάνεια σύνδεσης, καθώς η αύξηση της τιμής της μικροσκληρότητας επηρεάζεται από το μέγεθος των κόκκων, την πλαστική παραμόρφωση και ακόμη και τον μετασχηματισμό φάσης. Υπάρχουν αδιαβατικές γραμμές διάτμησης, γνωστές επίσης ως γραμμές πτήσης, στη διεπαφή τιτανίου στην πλευρά της επένδυσης. Αυτή η δομή αλλάζει υπό επεξεργασία ανόπτησης σε διαφορετικές θερμοκρασίες μέχρι να εξαφανιστεί. Ο σκοπός της διεξαγωγής δοκιμών μηχανικών ιδιοτήτων σε σύνθετες πλάκες από χάλυβα τιτανίου είναι να αξιολογηθούν και να ικανοποιηθούν οι δείκτες αντοχής σε εφελκυσμό, αντοχής διαρροής και αντοχής διάτμησης των εκρηκτικών σύνθετων πλακών από χάλυβα τιτανίου, προκειμένου να πληρούνται οι τυπικές απαιτήσεις. Αυτό το άρθρο λαμβάνει ως ερευνητικό αντικείμενο τη σύνθετη πλάκα έκρηξης από χάλυβα τιτανίου με βιομηχανικό καθαρό τιτάνιο και υπόστρωμα ανθρακούχο χάλυβα και μελετά τη μικροδομή, τη δομή, την ιεραρχία και τις μηχανικές ιδιότητες της διεπαφής σύνδεσης της σύνθετης πλάκας από χάλυβα τιτανίου. Αναλύεται η επίδραση της ανομοιομορφίας της διεπαφής σύνδεσης της σύνθετης πλάκας από χάλυβα τιτανίου στις μηχανικές ιδιότητες του υλικού, παρέχοντας θεωρητική βάση για τον υπολογισμό σχεδιασμού και τη μηχανική εφαρμογή δοχείων πίεσης, όπλων και εξοπλισμού κ.λπ.
1. Επιλογή και προετοιμασία υλικών
Χρησιμοποιώντας τιτάνιο ASTM B265 Gr.1 ως επένδυση, με πάχος 5 mm. Ως υπόστρωμα χρησιμοποιείται ανθρακούχο χάλυβας ASTM A516 Gr.70 με πάχος 35 mm. Σύμφωνα με το ASTM B898-11 (2016), οι σύνθετες πλάκες από χάλυβα τιτανίου παρασκευάστηκαν με τη μέθοδο της εκρηκτικής συγκόλλησης. Η χημική σύνθεση και οι μηχανικές ιδιότητες του υποστρώματος και της επένδυσης φαίνονται στους Πίνακες 1-3, αντίστοιχα.
Αυτί. 1 Χημική σύνθεση επιστρωμένης πλάκας B265Gr. 1
2.Μικροδομή και μορφολογία της διεπαφής συγκόλλησης σύνθετης πλάκας από χάλυβα τιτανίου
Η τυπική μορφολογία της διεπαφής συγκόλλησης της σύνθετης πλάκας από χάλυβα τιτανίου φαίνεται στο Σχήμα 1. Η διεπαφή σύνδεσης είναι τυπικό κυματιστό σχήμα με μήκος κύματος περίπου 1723,5 μ m και ύψος κύματος περίπου 300 μ m, όπως φαίνεται στο σχήμα 1 (ένα). Η μικροδομή από την επένδυση στο υπόστρωμα κατά μήκος της κατεύθυνσης κάθετης προς το πάχος της διεπιφάνειας μπορεί να υποδιαιρεθεί σε μικροδομή παραμόρφωσης στην πλευρά της επένδυσης+τοπική ζώνη τήξης → ισοαξονική λεπτόκοκκη ζώνη στην πλευρά του υποστρώματος (περίπου 21 μ m) → μικροδομή ινώδους παραμόρφωσης ζώνη (περίπου 200 μ m) → ζώνη μικροδομής κάμψης και συστροφής (περίπου 108 μ m) → αρχική ζώνη μικροδομής (λωρίδες φερρίτη και περλίτη).
Κατά την εκρηκτική συγκόλληση, η ενέργεια της εκρηκτικής ύλης διαδίδεται με τη μορφή κυμάτων κατά την κατεύθυνση της έκρηξης. Η μεταλλική επιφάνεια υφίσταται σοβαρή πλαστική παραμόρφωση υπό την επίδραση του κρουστικού κύματος και μια μεγάλη ποσότητα θερμότητας παράγεται στην επιφάνεια επαφής, προκαλώντας την τήξη του μετάλλου. Το μέταλλο ρέει και δημιουργεί έναν πίδακα, σχηματίζοντας μια δίνη (βλ. Εικόνα 1 (β)) και η τελική διεπαφή συνδυάζεται σε σχήμα που μοιάζει με κύμα. Μια δίνη είναι γενικά ένα μηχανικό μείγμα που αποτελείται από διάφορες ουσίες, όπως μεταλλικά υπολείμματα που μεταφέρονται από πίδακα, λιωμένα ψυκτικά υλικά, διαμεταλλικές ενώσεις και μεταλλικούς κόκκους της επικάλυψης ή του υποστρώματος στην αρχική θέση. Υπάρχουν ελαττώματα όπως παγιδευμένοι πόροι και χαλαρές ή ραγισμένες δομές που σχηματίζονται από ταχεία στερεοποίηση μέσα στη δίνη. Το σχήμα 2 δείχνει τη μορφολογία SEM διαφορετικών ιεραρχικών περιοχών στη διεπαφή συγκόλλησης σύνθετων πλακών από χάλυβα τιτανίου.
(1) Τα επίπεδα μετάβασης από την επένδυση στο υπόστρωμα στη διεπιφάνεια της συγκολλημένης σύνθετης πλάκας από τιτάνιο χάλυβα είναι τα εξής: η ζώνη παραμόρφωσης της πλευρικής δομής επένδυσης, η ζώνη τοπικής τήξης, η ισόρροπη ζώνη λεπτού κόκκου, η λωρίδα - διαμορφωμένη ζώνη ινών και η ζώνη στρέψης στην πλευρά του υποστρώματος.
(2) Σε σύγκριση με το αρχικό υπόστρωμα, η σκληρότητα της λεπτόκοκκης περιοχής στην πλευρά του υποστρώματος (3,60 GPa) και της τοπικά λιωμένης περιοχής στη δίνη (11,73 GPa) αυξήθηκαν σημαντικά, ενώ ο συντελεστής των δύο περιοχών αυξήθηκε να μην αυξηθεί σημαντικά? Η σκληρότητα και ο συντελεστής σε άλλες περιοχές δείχνουν εμφανή ανομοιόμορφη κατανομή και η ανομοιόμορφη δομή της διεπαφής σύνδεσης χάλυβα τιτανίου σε διάφορα επίπεδα έχει ως αποτέλεσμα ανομοιόμορφη σκληρότητα και συντελεστή ελαστικότητας.
(3) Επηρεασμένη από κυματισμούς διεπαφής, η αντοχή εφελκυσμού (578 GPa) του συνδετικού στρώματος κατά μήκος της κατεύθυνσης της έκρηξης είναι μεταξύ του υποστρώματος και της επένδυσης, με τη μικρότερη επιμήκυνση στην τομή (31,5%) και συρρίκνωση στην τομή (40%). Η αντοχή σε εφελκυσμό του συνδετικού στρώματος κάθετα προς την κατεύθυνση της έκρηξης (472 GPa) είναι χαμηλότερη από αυτή του υποστρώματος και της επένδυσης, με τη μικρότερη επιμήκυνση στην τομή (31,12%) και ένα ποσοστό συρρίκνωσης μετά τη θραύση (58%) μεταξύ του υποστρώματος και της επένδυσης. επένδυση. Οι ιδιότητες εφελκυσμού αυτής της σύνθετης πλάκας από χάλυβα τιτανίου είναι ανισότροπες.
