Titanium is a silver white transition metal with high specific strength and strong corrosion resistance, widely used in important fields such as aerospace, marine vessels, and petrochemicals. However, the high price of pure titanium has to some extent limited its application in civilian industry. Therefore, titanium is combined with ordinary steel plates to produce titanium/steel composite plates, which not only meet the requirements of strength but also have good corrosion resistance. Ti Fe compounds are easily formed at the interface of titanium/steel composite plates. Currently, there are two main methods to control the formation of Ti Fe brittle phases: one is to increase the intermediate layer, which reduces the diffusion of Fe atoms and lowers the formation of Ti Fe compounds; The second is to suppress the formation of Ti Fe compounds by controlling the generation of interface product TiC. Studies have shown that the order of free energy of interface compounds is TiFe>TiFe2>β - Ti>Το TiC, επομένως το TiC σχηματίζεται πιο εύκολα στη διεπαφή. Μετά την επίτευξη του βέλτιστου πάχους του συνεχούς και ομοιόμορφου στρώματος TiC, είναι ωφέλιμο να βελτιωθεί η αντοχή συγκόλλησης της σύνθετης πλάκας, αλλά είναι δύσκολο να ελεγχθεί στην πρακτική βιομηχανική παραγωγή. Οι Wu Jingyi et al. μελέτησαν τα αποτελέσματα της προσθήκης διαφορετικών ενδιάμεσων υλικών στη μικροδομή και τις ιδιότητες των σύνθετων πλακών τιτανίου/χάλυβα, όπως ενδιάμεσο στρώμα Ni, ενδιάμεσο στρώμα Fe, ενδιάμεσο στρώμα Nb, κ.λπ. Yang et al. μελέτησε ότι κάτω από διαφορετικές συνθήκες θερμοκρασίας έλασης, η διεπαφή του ενδιάμεσου στρώματος Ni δεν σχημάτισε εύθραυστες ενώσεις TiC και TiFe στους 800 βαθμούς και 900 βαθμούς, με μέση αντοχή στη διάτμηση 310 MPa και 224 MPa, αντίστοιχα. Xie et al. μελέτησε την επίδραση του ενδιάμεσου στρώματος Nb στη διεπιφάνεια σύνθετων πλακών τιτανίου/χάλυβα υπό διαφορετικές συνθήκες θερμοκρασίας έλασης. Η μελέτη έδειξε ότι στους 800 βαθμούς και στους 900 βαθμούς, δεν σχηματίστηκαν εύθραυστες ενώσεις TiC και TiFe στη σύνθετη διεπιφάνεια και η μέση διατμητική αντοχή έφτασε τα 279 MPa.
Η παραπάνω έρευνα δείχνει ότι η προσθήκη ενός ενδιάμεσου στρώματος μπορεί να καταστείλει αποτελεσματικά τη διάχυση των στοιχείων διεπαφής. Ωστόσο, οι περισσότερες από τις παραπάνω μελέτες βασίζονται σε εργαστηριακά πειράματα και τα ακριβά ενδιάμεσα υλικά όπως το Ni και το Nb που επιλέχθηκαν περιορίζουν επίσης τις βιομηχανικές τους εφαρμογές. Αυτή η μελέτη στοχεύει στη βιομηχανική εφαρμογή, χρησιμοποιώντας το SL3 ως ενδιάμεσο στρώμα για να επαληθεύσει εάν μπορεί να επιτευχθεί η ύπαρξη υλικού συγκόλλησης κατά τη διαδικασία θέρμανσης με έλαση και στη συνέχεια μέσω σύνθετου έλασης για τη βελτίωση της αντοχής συγκόλλησης της σύνθετης πλάκας. Με βάση την πραγματική γραμμή παραγωγής της επιχείρησης, η διαδικασία έλασης κενού χρησιμοποιείται για έρευνα και μελετώνται συστηματικά τα αποτελέσματα της προσθήκης ηλεκτρομαγνητικού καθαρού σιδήρου DT4 και άμορφου υλικού συγκόλλησης με βάση το νικέλιο SL3 στη μικροδομή και τις ιδιότητες των σύνθετων πλακών τιτανίου/χάλυβα.
Αυτή η μελέτη υιοθετεί μια συμμετρική μέθοδο συναρμολόγησης billet και στοιβάζει τα billets σύμφωνα με τη δομή του "interlayer titanium isolation agent isolation agent titanium interlayer steel". Αυτή η μέθοδος σύνθετης έλασης μπορεί να αποτρέψει αποτελεσματικά την παραμόρφωση κάμψης της σύνθετης πλάκας κατά τη διάρκεια της διαδικασίας έλασης και να βελτιώσει την απόδοση παραγωγής σύνθετων πλακών τιτανίου/χάλυβα. Ένας διαχωριστής με πάχος περίπου 0,3 mm εφαρμόζεται μεταξύ του τιτανίου (το διαχωριστικό κατασκευάζεται με θέρμανση και ανάμειξη ελαφρού οξειδίου του μαγνησίου, υδατικού γυαλιού και πολυβινυλικής αλκοόλης) για να αποτραπεί η πρόσφυση κατά την κύλιση. Η συγκόλληση σφράγισης τεσσάρων πλευρών πραγματοποιείται με συγκόλληση με βυθισμένο τόξο και ανοίγεται μια οπή στο ένα άκρο προς την κατεύθυνση κύλισης. Μια ομάδα αντλιών κενού πρώτου σταδίου που αποτελείται από μια μηχανική αντλία και μια αντλία Roots χρησιμοποιείται για την αναρρόφηση, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1. Όταν ο βαθμός κενού φτάσει κάτω από 5 Pa, πραγματοποιείται η σφράγιση και τελικά αποστέλλεται στο χαλυβουργείο για κύλιση. Το μπιγιέτα θερμαίνεται στους 880 βαθμούς σε κλίβανο αντίστασης επιφάνειας εργασίας, διατηρείται για 4 ώρες και τυλίγεται 16 φορές σε θερμοκρασία κύλισης (850 ± 10) μοίρες, με συνολικό ρυθμό συμπίεσης περίπου 90%.
Η δειγματοληψία λαμβάνεται στο άκρο της μεσαίας θέσης του μπιλιέτα και σύμφωνα με το πρότυπο GB/T 6396-2008, οι μηχανικές ιδιότητες της σύνθετης πλακέτας ελέγχονται χρησιμοποιώντας έναν υπολογιστή ακριβείας επιπέδου 1 WAW-600 kW -ελεγχόμενη ηλεκτρονική καθολική μηχανή δοκιμών. Η απόδοση διάτμησης προσδιορίζεται με τη μέθοδο διάτμησης εφελκυσμού. Το δείγμα γυαλίστηκε και στιλβώθηκε. Η πλευρά του χάλυβα διαβρώθηκε αρχικά με αλκοόλη νιτρικού οξέος 4% και στη συνέχεια η πλευρά του τιτανίου διαβρώθηκε με ένα μείγμα υδροφθορικού οξέος, νιτρικού οξέος και νερού (2:1:17). Η δομή της διεπαφής παρατηρήθηκε χρησιμοποιώντας μεταλλογραφικό μικροσκόπιο Axiolab5 (JX32) και η διεπαφή και η επιφάνεια θραύσης της σύνθετης πλάκας παρατηρήθηκαν χρησιμοποιώντας ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης Axia ChemiSEM LoVac, ακολουθούμενο από ανάλυση φασματοσκοπίας διασποράς ενέργειας (EDS).
Μηχανικές ιδιότητες
Ο Πίνακας 2 δείχνει τις μηχανικές ιδιότητες των σύνθετων πάνελ με διαφορετικά ενδιάμεσα στρώματα. Η διατμητική αντοχή και των δύο σύνθετων πλακών είναι μεγαλύτερη από τα 140 MPa που καθορίζονται στο πρότυπο GB/T 8547-2019. Η διατμητική αντοχή της σύνθετης πλάκας με ενδιάμεση στρώση DT4 φτάνει τα 187,4 MPa και η διατμητική αντοχή της σύνθετης πλάκας με ενδιάμεσο στρώμα SL3 είναι 148,6 MPa. Το ενδιάμεσο υλικό του ενδιάμεσου στρώματος δεν έχει σημαντική επίδραση στις ιδιότητες εφελκυσμού και η ενέργεια απορρόφησης κρούσης είναι μεγαλύτερη από τα 27 J που καθορίζονται στο πρότυπο GB/T 700-2006. Η ενέργεια απορρόφησης κρούσης της προσθήκης υποστρώματος σύνθετης σανίδας ενδιάμεσης στρώσης DT4 είναι ελαφρώς χαμηλότερη από αυτήν της προσθήκης σύνθετης σανίδας ενδιάμεσης στρώσης SL3. Δύο τύποι σύνθετων πλακών υποβλήθηκαν σε δοκιμές κάμψης (εσωτερική κάμψη 180 μοιρών, εξωτερική κάμψη 105 μοίρες) και δεν βρέθηκαν ρωγμές.
μικροδομή
Το σχήμα 2 δείχνει τη μικροδομή της διεπαφής σύνθετων πάνελ με διαφορετικά υλικά ενδιάμεσης στρώσης. Το Σχήμα 2 (α) δείχνει τη μικροδομή της διεπαφής της σύνθετης πλάκας με την προσθήκη ενδιάμεσου στρώματος DT4. Η δομή των κόκκων στο βασικό στρώμα έχει σχήμα λωρίδας, που αποτελείται κυρίως από φερρίτη και περλίτη. Ωστόσο, το μέγεθος των κόκκων στο ενδιάμεσο στρώμα DT4 είναι ανομοιόμορφο, με μόνο μερικούς μικρούς κόκκους και χονδρούς κόκκους να είναι φερρίτης. Η πλαστικότητα και η σκληρότητα είναι φτωχή και είναι επιρρεπής σε θραύση υπό τη δύναμη διάτμησης σε αυτή τη θέση. Το Σχήμα 2 (β) δείχνει τη δομή διεπαφής της σύνθετης πλάκας με προστιθέμενο ενδιάμεσο στρώμα SL3. Το βασικό στρώμα αποτελείται κυρίως από περλίτη και φερρίτη, με ένα στρώμα απανθράκωσης με πλάτος περίπου 50 μ m στην πλευρά του χάλυβα. Μια καθαρή γκρίζα μαύρη ζώνη διάχυσης σχηματίζεται στην πλευρά του τιτανίου και η δομή στην πλευρά του τιτανίου με διάμετρο περίπου 80 μ m έχει σχήμα ράβδου. Λόγω του ότι το Fe είναι ένα σταθερό στοιχείο του -Ti, η διάλυση του Fe σε Ti μειώνει την ευτηκτοειδή θερμοκρασία μετάπτωσης του Ti, και η - φάση πυρηνώνεται και αναπτύσσεται για να σχηματίσει τη φάση - όταν ψύχεται. Σύμφωνα με τον Πίνακα 1, η περιεκτικότητα σε άνθρακα του υλικού σάντουιτς SL3 είναι σχετικά υψηλή, στο 0,06%. Η διάχυση του στοιχείου C είναι πιο πιθανό να σχηματίσει ένα στρώμα TiC και ένα παχύτερο στρώμα TiC θα μειώσει την αντοχή της διεπιφανειακής σύνδεσης.
