Дослідження властивостей композитних пластин із титану та сталі, виготовлених шляхом електромагнітного індукційного нагрівання та прокатки

Композитні пластини титан/сталь не тільки мають чудову корозійну стійкість титану, але також мають високу міцність і хорошу теплопровідність сталі, одночасно зменшуючи використання дорогоцінного металу титану та знижуючи витрати на виробництво. Вони широко використовуються в таких галузях, як нафтохімія, енергетичне обладнання, обладнання для виробництва солі та морська техніка. В даний час основні методи промислового виробництва композитних пластин з титанової сталі включають вибуховий композитний метод, метод вибухової прокатки композитний метод і метод гарячої прокатки. Порівняно з іншими методами підготовки, композитна пластина з титанової сталі, виготовлена ​​методом гарячої прокатки, має такі переваги, як хороша якість продукції, висока ефективність виробництва та відсутність забруднення навколишнього середовища. Він має значні переваги у виробництві композитних пластин великої площі та широкої ширини та поступово витісняє інші методи підготовки в промисловому виробництві. Однак при підготовці композитних пластин із титану/сталі методом гарячої прокатки композиту, щоб уникнути окислення поверхні розділу композиту в умовах високої температури, необхідно використовувати метод вакуумного насоса або метод вакуумного електронно-променевого зварювання для підготовки заготовки, щоб гарантувати, що композитний інтерфейс знаходиться у вакуумному стані. Однак виробництво вакуумної заготовки може мати дефекти зварювання, які можуть призвести до відмови вакууму, що призведе до зниження рівня кваліфікації виробництва композитних пластин. Крім того, складний виробничий процес і висока вартість обладнання обмежують просування і застосування методу прокатки для виробництва композитних плит. Крім того, за високих температур крихкі сполуки, такі як TiC, FeTi та Fe2Ti, легко утворюються на межі розділу безпосередньо гарячекатаних композитних пластин із титану та сталі, що призводить до зниження ефективності зсуву композитних пластин. Крім того, з підвищенням температури нагрівання типи та товщина сполук, що утворюються на межі розділу композитів, значно зростають. Після вивчення впливу температури прокатки на міцність композиту титан/сталь композитних пластин
Результати показують, що при температурі прокатки 850~1050 градусів, коли температура прокатки підвищується, кількість сполук, що утворюються на межі композиту, збільшується, а міцність на зсув демонструє значне зниження. Ю Вей та ін. [20] провели експерименти з прокаткою композиту промислового чистого титану TA1 і Q345 в діапазоні 840~930 градусів. Дослідження показало, що композитна пластина, прокатана при 870 градусах, має кращі характеристики. З підвищенням температури нагрівання бічна структура титану зазнала фазового перетворення, і на межі розділу утворювалося більше інтерметалічних сполук, що знижувало міцність на зсув межі розділу.
Щоб придушити утворення інтерметалічних сполук на межі композиту титан/сталь під час гарячої прокатки, між титаном і сталлю зазвичай додають відповідний металевий шар як проміжний шар для покращення координованих умов деформації та дифузії межі розділу. Наприклад, SABOK TAKIN RM et al. [21] провели експерименти з гарячекатаним композитом титан/сталь, використовуючи Cu як проміжний шар при різних температурах, що пригнічувало утворення інтерметалічних сполук TiC і Fe Ti, і на межі розділу композиту між вуглецевою сталлю та міддю не утворювався реакційний шар. Однак різні інтерметалічні сполуки Ti Cu утворювалися на межі розділу композитів між міддю та титаном, що знижувало міцність композитної пластини на зсув.
Композиційна пластина титан/сталь була виготовлена ​​шляхом гарячої прокатки чистого заліза DT4 як проміжного шару. При температурі нагріву 850 градусів композитна плита досягла максимальної міцності на зсув 237 6 МПа; Коли температура нагріву підвищується до 950 градусів, на межі розділу композиту утворюється товстий крихкий шар, що призводить до значного зниження міцності з’єднання композитної пластини. CHAI XY та ін. ефективно запобігли утворенню крихких фаз на межі розділу композитів шляхом додавання двох різних проміжних шарів, Nb і Mo. Міцність на зсув композитної пластини зросла на 65 і 20 МПа, відповідно, порівняно з відсутністю проміжного шару. LI BX та ін. [24] підготували композитні пластини з титанової сталі гарячою прокаткою IF сталь, V і IF сталь+V як проміжні шари. Дослідження показало, що крихка фаза не була виявлена ​​на межі композиту, коли як проміжний шар використовувалася IF сталь+V, а міцність на зсув була вищою, ніж у одного матеріалу як проміжного шару, досягаючи 241 при 900 градусах і зниженні швидкість 93% При 8 МПа, коли температура нагріву підвищується, товщина σ-фази на межі стали V/IF збільшується, сильно послаблюючи міцність на зсув композитної пластини.
З наведених вище досліджень можна побачити, що за умов вищих температур гарячекатані композитні пластини з титану/сталі утворюватимуть крихкі фази незалежно від того, чи додано проміжний шар композитного інтерфейсу, що призведе до зниження якості з’єднання композитної пластини. . Щоб уникнути утворення крихких сполук під час процесів високотемпературної прокатки та охолодження, Бай Юліанг запропонував схему прокатки композитних листів титану/сталі з використанням високочастотного електромагнітного індукційного нагріву та холодного гарячого двоетапного методу. Використовуючи швидку швидкість нагріву електромагнітної індукції, час нагрівання скорочується та контролюється випадання інтерметалічних сполук на межі розділу. GUO XW та ін. [26] провели експерименти з гарячої прокатки на композитних пластинах TC4/304 за допомогою методу з підтримкою електричного імпульсу при різних температурах і швидкостях обжаття. Дослідження показало, що використання електроімпульсної прокатки може ефективно сприяти металургійному з’єднанню металів. Високоякісні композитні пластини TC4/304 були успішно виготовлені в процесах прокатки з нижчими температурами та нижчою швидкістю обжиму з максимальною міцністю на зсув 286 МПа. У відповідь на проблеми, пов’язані з підготовкою композитних пластин із титану та сталі методом гарячої прокатки, у цій статті пропонується використовувати чисте залізо як проміжний шар, використовуючи хорошу текучість чистого заліза для покращення умов деформації матриці розділу та підготовки високоефективні композитні пластини з титану/сталі шляхом простого укладання асиметричних заготовок під захистом інертного газу та використання електромагнітного індукційного нагрівання при нижчих температурах. Цей метод не тільки спрощує процес виробництва, але також дозволяє уникнути утворення крихких сполук на межі розділу композитів завдяки використанню характеристик короткої швидкості нагрівання та низької температури електромагнітної індукції. Ця стаття має на меті вивчити мікроструктуру та властивості межі розділу композитних пластин титан/сталь, виготовлених індукційним нагріванням та прокаткою з різною товщиною ДТ4 як проміжних шарів.