Kvaliteten af grænsefladebindingsydelsen af eksplosionssvejste kompositplader er den vigtigste faktor, der påvirker den samlede ydeevne og servicesikkerhed af kompositplader. I øjeblikket fokuserer forskning på eksplosionssvejsede titaniumstål kompositplader i ind- og udland hovedsageligt på niveau, struktur, mekaniske egenskaber, elektrokemiske egenskaber og andre aspekter af bindingsgrænsefladen. Grænsefladens uensartethed forårsaget af forskellige faktorer fører til forskelle i træk-, forskydnings-, stød-, elektrokemiske, trætheds- og andre egenskaber mellem eksplosionssvejsede kompositplader og homogene beklædninger og substrater.
Forskning har vist, at flade eller bølgede grænseflader kan opnås under forskellige procesparametre, og typiske bølgegrænseflader kan opnås ved at svejse uens metalkompositplader i passende svejsevinduer; Den høje eksplosive belastning forstærker den plastiske deformation ved bindingsgrænsefladen, hvilket får kornene til at forlænges i varierende grad langs eksplosionsretningen og ledsages af dannelsen af nogle nye sprøde intermetalliske faser. Den bølgeformede grænseflade dannet af den intense metalstrøm ved grænsefladen af den eksplosionssvejste titaniumstålkompositplade forbedrer grænsefladens bindingstilstand og forbedrer bindingsgrænsefladens forskydningsydelse langs eksplosionssvejseretningen. Kornene nær grænsefladen af titanium stål kompositplader er meget små og ujævne i størrelse og form; Der er en tydelig regional fordeling af korn fra grænsefladen på substratsiden til området langt væk fra grænsefladen, og kornene på beklædningssiden undergår også deformation; Mikrohårdhedsværdien er generelt højest ved bindingsgrænsefladen, da stigningen i mikrohårdhedsværdien er påvirket af kornstørrelse, plastisk deformation og endda fasetransformation. Der er adiabatiske forskydningslinjer, også kendt som flyvende liner, ved titanium-grænsefladen på beklædningssiden. Denne struktur ændres under udglødningsbehandling ved forskellige temperaturer, indtil den forsvinder. Formålet med at udføre mekaniske egenskabstest på titanium stål kompositplader er at evaluere og opfylde indikatorerne for trækstyrke, flydespænding og forskydningsstyrke af titanium stål eksplosive kompositplader for at opfylde standardkravene. Denne artikel tager titanium stål eksplosion kompositplade med industriel rent titanium og substrat kulstofstål som forskningsobjekt, og studerer mikrostrukturen, strukturen, hierarki og mekaniske egenskaber af bindingsgrænsefladen af titanium stål kompositplade. Indflydelsen af uensartetheden af bindingsgrænsefladen af titaniumstålkompositplade på materialets mekaniske egenskaber analyseres, hvilket giver teoretisk grundlag for designberegning og teknisk anvendelse af trykbeholdere, våben og udstyr mv.
1. Valg og klargøring af materialer
Brug af ASTM B265 Gr.1 titanium som beklædning, med en tykkelse på 5 mm; ASTM A516 Gr.70 kulstofstål med en tykkelse på 35 mm anvendes som underlag. Ifølge ASTM B898-11 (2016) blev titaniumstålkompositplader fremstillet ved brug af eksplosiv svejsemetode. Den kemiske sammensætning og mekaniske egenskaber af underlaget og beklædningen er vist i henholdsvis tabeller 1-3.
Faneblad. 1 Kemisk sammensætning af beklædt plade B265Gr. 1
2. Mikrostruktur og morfologi af bindingsgrænsefladen af titanium stål kompositplade
Den typiske morfologi af bindingsgrænsefladen af titaniumstål eksplosionskompositplade er vist i figur 1. Bindingsgrænsefladen er en typisk bølget form med en bølgelængde på ca. 1723,5 μm og en bølgehøjde på ca. 300 μm, som vist i figur 1 (en). Mikrostrukturen fra beklædningen til substratet langs retningen vinkelret på grænsefladetykkelsen kan opdeles i deformationsmikrostruktur på beklædningssiden+lokal smeltezone → ensakset finkornet zone på substratsiden (ca. 21 μm) → fibrøs deformationsmikrostruktur zone (ca. 200 μ m) → bøjning og snoning af mikrostrukturzone (ca. 108 μm) → oprindelig mikrostrukturzone (ferrit- og perlitstriber).
Under eksplosiv svejsning forplantes sprængstoffets energi i form af bølger langs eksplosionsretningen. Metaloverfladen gennemgår alvorlig plastisk deformation under påvirkning af stødbølgen, og en stor mængde varme genereres ved kontaktfladen, hvilket får metallet til at smelte. Metallet flyder og genererer en stråle, der danner en hvirvel (se figur 1 (b)), og den endelige grænseflade kombineres i en bølgelignende form. En hvirvel er generelt en mekanisk blanding sammensat af forskellige stoffer såsom metalaffald båret af en stråle, smeltede kølematerialer, intermetalliske forbindelser og metalkorn i belægningen eller substratet på den oprindelige position. Der er defekter såsom fangede porer og løse eller revnede strukturer dannet ved hurtig størkning inde i hvirvelen. Figur 2 viser SEM-morfologien af forskellige hierarkiske regioner ved bindingsgrænsefladen af titaniumstålkompositplader.
(1) Overgangsniveauerne fra beklædningen til substratet ved grænsefladen af den eksplosionssvejste titaniumstålkompositplade er som følger: deformationszonen af beklædningssidestrukturen, den lokale smeltezone, den ligeaksede finkornede zone, strimlen -formet fiberzone, og torsionszonen på substratsiden.
(2) Sammenlignet med det oprindelige substrat steg hårdheden af det finkornede område på substratsiden (3,60 GPa) og det lokalt smeltede område ved hvirvelen (11,73 GPa) mest signifikant, mens modulet af de to regioner gjorde det. ikke stige væsentligt; Hårdheden og modulet i andre områder viser tydelig ujævn fordeling, og den ujævne struktur af titaniumstålbindingsgrænsefladen på forskellige niveauer resulterer i ujævn hårdhed og elasticitetsmodul.
(3) Påvirket af grænsefladeripples er trækstyrken (578 GPa) af bindingslaget langs detonationsretningen mellem substratet og beklædningen, med den laveste forlængelse ved sektionen (31,5%) og krympning ved sektionen (40%); Trækstyrken af bindingslaget vinkelret på detonationsretningen (472 GPa) er lavere end substratets og beklædningens, med den laveste forlængelse ved sektionen (31,12 %) og en krympningshastighed efter brud (58 %) mellem substratet og beklædning. Trækegenskaberne af denne titanium stål kompositplade er anisotrope.
