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, тому TiC найлегше утворюється на межі розділу. Після досягнення оптимальної товщини безперервного та рівномірного шару TiC корисно покращити міцність з’єднання композитної пластини, але це важко контролювати в практичному промисловому виробництві. Wu Jingyi та ін. досліджували вплив додавання різних проміжних матеріалів на мікроструктуру та властивості композитних пластин із титану та сталі, таких як проміжний шар Ni, Fe проміжний шар, прошар Nb тощо. Yang et al. вивчено, що за різних температурних умов прокатки межа розділу проміжного шару Ni не утворює крихких сполук TiC і TiFe при 800 і 900 градусах із середньою міцністю на зсув 310 МПа і 224 МПа відповідно. Xie та ін. досліджували вплив прошарку Nb на поверхню розділу композитних пластин титан/сталь за різних температурних умов прокатки. Дослідження показало, що при 800 градусах і 900 градусах крихкі сполуки TiC і TiFe не утворювалися на межі композиту, а середня міцність на зсув досягала 279 МПа.
Наведені вище дослідження показують, що додавання проміжного шару може ефективно пригнічувати дифузію елементів інтерфейсу. Однак більшість вищезазначених досліджень базуються на лабораторних експериментах, а дорогі проміжні матеріали, такі як Ni та Nb, вибрані також обмежують їх промислове застосування. Це дослідження спрямоване на промислове застосування з використанням SL3 як проміжного шару, щоб перевірити, чи можна досягти наявності паяльного матеріалу під час процесу нагріву прокатки, а потім за допомогою прокатки композиту для покращення міцності з’єднання композитної пластини. Базуючись на фактичній виробничій лінії підприємства, для досліджень використовується процес вакуумної прокатки, а також систематично вивчається вплив додавання електромагнітного чистого заліза DT4 та аморфного нікелю на основі припою SL3 на мікроструктуру та властивості композитних пластин титан/сталь.
У цьому дослідженні застосовано симетричний метод складання заготовок і складено заготовки відповідно до структури «сталевого проміжного титанового ізоляційного агента, титанового проміжного шару». Цей метод прокатки композиту може ефективно запобігти деформації композитної пластини під час вигину під час процесу прокатки та підвищити ефективність виробництва композитних пластин із титану та сталі. Між титаном розміщено прокладку товщиною близько 0,3 мм (прокладку виготовляють шляхом нагрівання та змішування легкого оксиду магнію, рідкого скла та полівінілового спирту), щоб запобігти зчепленню під час прокатки. Чотиристороннє ущільнювальне зварювання виконується дуговим зварюванням під флюсом, а отвір просвердлюється на одному кінці в напрямку прокатки. Група вакуумних насосів першого ступеня, що складається з механічного насоса та насоса Рутса, використовується для вакуумування, як показано на малюнку 1. Коли ступінь вакууму сягає нижче 5 Па, здійснюється герметизація, і, нарешті, він відправляється на сталеливарний завод. для прокатки. Заготівлю нагрівають до 880 градусів у настільній печі опору, витримують протягом 4 годин і прокатують 16 разів при температурі прокатки (850 ± 10) градусів із загальним ступенем стиснення близько 90%.
Зразок відбирається на краю середньої позиції заготовки, і відповідно до стандарту GB/T 6396-2008 механічні властивості композитної плити перевіряються за допомогою комп’ютера WAW-600 кВт рівня 1. -керована електронна універсальна випробувальна машина. Продуктивність зсуву визначається методом зсуву натягу. Зразок полірували і полірували. Сталеву сторону спочатку роз'їдали 4% азотнокислим спиртом, а потім титанову сторону роз'їдали сумішшю фтористоводневої кислоти, азотної кислоти та води (2:1:17). Структуру розділу спостерігали за допомогою металографічного мікроскопа Axiolab5 (JX32), а поверхню розділу та поверхню розлому композитної пластини спостерігали за допомогою скануючого електронного мікроскопа Axia ChemiSEM LoVac з подальшим аналізом енергодисперсійної спектроскопії (EDS).
Механічні властивості
У таблиці 2 наведені механічні властивості композитних панелей з різними прошарками. Міцність на зсув обох композитних пластин перевищує 140 МПа, визначене стандартом GB/T 8547-2019. Міцність на зсув композитної пластини з прошарком ДТ4 досягає 187,4 МПа, а міцність на зсув композитної пластини з прошарком SL3 – 148,6 МПа. Матеріал проміжного прошарку не має істотного впливу на властивості розтягування, а енергія поглинання удару перевищує значення 27 Дж, указане в стандарті GB/T 700-2006. Енергія поглинання удару при додаванні підкладки з міжшарової композитної плати DT4 трохи нижча, ніж при додаванні міжшарової композитної плати SL3. Два типи композитних пластин були піддані випробуванням на вигин (внутрішній вигин 180 градусів, зовнішній вигин 105 градусів), і тріщин не виявлено.
Мікроструктура
На рисунку 2 показана мікроструктура межі розділу композитних панелей з різними міжшаровими матеріалами. На рисунку 2 (а) показана мікроструктура інтерфейсу композитної пластини з доданим прошарком DT4. Зерниста структура основного шару має форму стрічки, в основному складається з фериту та перліту. Однак розмір зерен у прошарку DT4 нерівномірний, лише деякі дрібні зерна та грубі зерна є феритовими. Пластичність і в'язкість погані, і він схильний до руйнування під дією сили зсуву в цьому місці. На малюнку 2 (b) показана структура інтерфейсу композитної пластини з доданим прошарком SL3. Базовий шар в основному складається з перліту та фериту, з шаром знеуглерожування шириною приблизно 50 мкм на сталевій стороні. На стороні титану утворюється чітка сіро-чорна смуга дифузії, а структура на стороні титану діаметром близько 80 мкм має форму стрижня. Оскільки Fe є стабільним елементом -Ti, розчинення Fe в Ti знижує температуру евтектоїдного переходу Ti, а -фаза зароджується і росте, утворюючи -фазу при охолодженні. Згідно з таблицею 1, вміст вуглецю в сендвіч-матеріалі SL3 є відносно високим і становить 0,06%. Дифузія елемента С, швидше за все, утворить шар TiC, а більш товстий шар TiC зменшить міцність міжфазного зв’язку.
