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>TiC, поэтому TiC легче всего образуется на границе раздела. После достижения оптимальной толщины сплошного и однородного слоя TiC полезно улучшить прочность соединения композитной пластины, но ее трудно контролировать в практическом промышленном производстве. У Цзинъи и др. изучили влияние добавления различных промежуточных материалов на микроструктуру и свойства композитных пластин титана и стали, таких как промежуточный слой Ni, промежуточный слой Fe, промежуточный слой Nb и т. д. Yang et al. исследовали, что при различных температурных условиях прокатки на границе раздела промежуточного слоя Ni не образуются хрупкие соединения TiC и TiFe при 800 и 900 градусах со средней прочностью на сдвиг 310 МПа и 224 МПа соответственно. Се и др. исследовали влияние прослойки Nb на границу раздела композитных пластин титан/сталь при различных температурных режимах прокатки. Исследование показало, что при 800 и 900 градусах хрупкие соединения TiC и TiFe на границе раздела композита не образуются, а средняя прочность на сдвиг достигает 279 МПа.
Приведенные выше исследования показывают, что добавление промежуточного слоя может эффективно подавлять диффузию элементов интерфейса. Однако большинство приведенных выше исследований основано на лабораторных экспериментах, а выбранные дорогие промежуточные материалы, такие как Ni и Nb, также ограничивают их промышленное применение. Целью данного исследования является промышленное применение с использованием SL3 в качестве промежуточного слоя для проверки возможности существования припоя во время процесса нагрева при прокатке, а затем путем прокатки композита для улучшения прочности соединения композитной пластины. На базе действующей производственной линии предприятия проводятся исследования методом вакуумной прокатки, а также систематически изучается влияние добавления электромагнитного чистого железа ДТ4 и припоя на основе аморфного никеля СЛ3 на микроструктуру и свойства композитных пластин титан/сталь.
В этом исследовании применяется симметричный метод сборки заготовок и укладываются заготовки в соответствии со структурой «стальной межслойный титановый изолирующий агент, изолирующий агент, титановый промежуточный слой стали». Этот метод композитной прокатки может эффективно предотвратить изгибную деформацию композитной пластины во время процесса прокатки и повысить эффективность производства композитных пластин из титана и стали. Между титаном наложена проставка толщиной около 0,3 мм (проставка изготавливается путем нагревания и смешивания легкого оксида магния, жидкого стекла и поливинилового спирта) для предотвращения слипания при прокатке. Четырехсторонняя герметизирующая сварка осуществляется сваркой под флюсом, при этом на одном конце в направлении прокатки сверлится отверстие. Для вакуумирования используется группа вакуумных насосов первой ступени, состоящая из механического насоса и насоса Рутса, как показано на рисунке 1. Когда степень вакуума становится ниже 5 Па, выполняется герметизация, и, наконец, он отправляется на сталелитейный завод. для катания. Заготовку нагревают до 880 градусов в настольной печи сопротивления, выдерживают в течение 4 часов и прокатывают 16 раз при температуре прокатки (850±10) градусов, с общей степенью сжатия около 90%.
Отбор проб осуществляется на краю средней позиции заготовки, и в соответствии со стандартом GB/T 6396-2008 механические свойства композитной плиты проверяются с использованием прецизионного компьютера WAW-600 кВт уровня 1. управляемая электронная универсальная испытательная машина. Характеристики сдвига определяются методом растяжения и сдвига. Образец полировали и полировали. Стальную сторону сначала корродировали 4%-ным азотнокислым спиртом, а затем титановую сторону – смесью плавиковой кислоты, азотной кислоты и воды (2:1:17). Структуру интерфейса наблюдали с помощью металлографического микроскопа Axiolab5 (JX32), а поверхность раздела и поверхность излома композитной пластины наблюдали с помощью сканирующего электронного микроскопа Axia ChemiSEM LoVac с последующим анализом энергодисперсионной спектроскопии (EDS).
Механические свойства
В таблице 2 представлены механические свойства композитных панелей с различными прослойками. Прочность на сдвиг обеих композитных пластин превышает 140 МПа, указанную в стандарте GB/T 8547-2019. Прочность на сдвиг композитной пластины с прослойкой ДТ4 достигает 187,4 МПа, а прочность на сдвиг композитной пластины с прослойкой СЛ3 — 148,6 МПа. Материал промежуточного слоя не оказывает существенного влияния на свойства растяжения, а энергия поглощения удара превышает 27 Дж, указанные в стандарте GB/T 700-2006. Энергия поглощения удара при добавлении подложки из межслойной композитной плиты DT4 немного ниже, чем при добавлении межслойной композитной плиты SL3. Два типа композитных пластин были подвергнуты испытаниям на изгиб (внутренний изгиб 180 градусов, внешний изгиб 105 градусов), при этом трещин не обнаружено.
Микроструктура
На рис. 2 представлена микроструктура интерфейса композитных панелей с различными прослойками. На рис. 2 (а) представлена микроструктура интерфейса композитной пластины с добавленной прослойкой ДТ4. Зеренная структура основного слоя имеет полосчатую форму и состоит преимущественно из феррита и перлита. Однако размер зерен в промежуточном слое DT4 неравномерен, и лишь некоторые мелкие и крупные зерна являются ферритными. Пластичность и вязкость плохие, и в этом месте он склонен к разрушению под действием сдвигающей силы. На рис. 2 (б) показана интерфейсная структура композитной пластины с добавленной прослойкой SL3. Основной слой состоит в основном из перлита и феррита, со слоем обезуглероживания толщиной около 50 мкм со стороны стали. На стороне титана формируется прозрачная серо-черная диффузионная полоса, а структура на стороне титана диаметром около 80 мкм имеет стержнеобразную форму. Поскольку Fe является стабильным элементом - Ti, растворение Fe в Ti снижает температуру эвтектоидного перехода Ti, а --фаза зарождается и растет с образованием --фазы при охлаждении. Согласно табл. 1, содержание углерода в сэндвич-материале SL3 относительно высокое – 0,06%. Диффузия элемента C с большей вероятностью приведет к образованию слоя TiC, а более толстый слой TiC снизит прочность межфазного соединения.
