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, derfor dannes TiC nemmest ved grænsefladen. Efter at have nået den optimale tykkelse af det kontinuerlige og ensartede TiC-lag er det fordelagtigt at forbedre kompositpladens bindingsstyrke, men det er svært at kontrollere i praktisk industriel produktion. Wu Jingyi et al. undersøgt virkningerne af at tilføje forskellige mellemlagsmaterialer på mikrostrukturen og egenskaberne af titanium/stål kompositplader, såsom Ni mellemlag, Fe mellemlag, Nb mellemlag osv. Yang et al. undersøgte, at under forskellige rulletemperaturforhold dannede grænsefladen mellem Ni-mellemlaget ikke TiC- og TiFe-skøre forbindelser ved 800 grader og 900 grader med gennemsnitlige forskydningsstyrker på henholdsvis 310 MPa og 224 MPa. Xie et al. undersøgte effekten af Nb mellemlag på grænsefladen af titanium/stål kompositplader under forskellige rulletemperaturforhold. Undersøgelsen viste, at ved 800 grader og 900 grader blev TiC og TiFe skøre forbindelser ikke dannet ved kompositgrænsefladen, og den gennemsnitlige forskydningsstyrke nåede 279 MPa.
Ovenstående forskning indikerer, at tilføjelse af et mellemlag effektivt kan undertrykke spredningen af grænsefladeelementer. Imidlertid er de fleste af ovenstående undersøgelser baseret på laboratorieforsøg, og de dyre mellemlagsmaterialer, såsom Ni og Nb, der er valgt, begrænser også deres industrielle anvendelser. Denne undersøgelse sigter mod industriel anvendelse ved at bruge SL3 som mellemlaget til at verificere, om eksistensen af loddemateriale kan opnås under rulleopvarmningsprocessen, og derefter gennem rullende komposit for at forbedre bindingsstyrken af kompositpladen. Baseret på virksomhedens faktiske produktionslinje bruges vakuumvalseprocessen til forskning, og virkningerne af at tilføje elektromagnetisk rent jern DT4 og amorft nikkelbaseret loddemateriale SL3 på mikrostrukturen og egenskaberne af titanium/stålkompositplader studeres systematisk.
Denne undersøgelse anvender en symmetrisk billetsamlingsmetode og stabler barrerne i overensstemmelse med strukturen af "stålmellemlags titaniumisoleringsmiddelisoleringsmiddel titaniummellemlagsstål". Denne kompositvalsemetode kan effektivt forhindre bøjningsdeformation af kompositpladen under valseprocessen og forbedre produktionseffektiviteten af titanium/stålkompositplader. Et afstandsstykke med en tykkelse på ca. 0,3 mm påføres mellem titanium (afstandsstykket er lavet ved at opvarme og blande letvægts magnesiumoxid, vandglas og polyvinylalkohol) for at forhindre vedhæftning under rulning. Firesidet tætningssvejsning udføres ved dykket buesvejsning, og der bores et hul i den ene ende i rulleretningen. En første trins vakuumpumpegruppe bestående af en mekanisk pumpe og en Roots-pumpe anvendes til støvsugning, som vist på figur 1. Når vakuumgraden når under 5 Pa, udføres tætningen, og til sidst sendes den til stålværket til at rulle. Emnet opvarmes til 880 grader i en bordmodstandsovn, holdes i 4 timer og rulles 16 gange ved en rulletemperatur på (850 ± 10) grader med en samlet kompressionshastighed på omkring 90%.
Prøveudtagning tages ved kanten af emnets midterste position, og i henhold til GB/T 6396-2008-standarden testes kompositpladens mekaniske egenskaber ved hjælp af en niveau 1 præcision WAW-600 kW-computer -styret elektronisk universal testmaskine. Forskydningsydelsen bestemmes af spændingsforskydningsmetoden. Prøven blev poleret og poleret. Stålsiden blev først korroderet med 4% salpetersyrealkohol, og derefter blev titaniumsiden korroderet med en blanding af flussyre, salpetersyre og vand (2:1:17). Grænsefladestrukturen blev observeret ved hjælp af et Axiolab5 (JX32) metallografisk mikroskop, og grænsefladen og brudfladen af kompositpladen blev observeret ved hjælp af et Axia ChemiSEM LoVac scanningselektronmikroskop efterfulgt af energidispergerende spektroskopi (EDS) analyse.
Mekaniske egenskaber
Tabel 2 viser de mekaniske egenskaber af kompositplader med forskellige mellemlag. Forskydningsstyrken af begge kompositplader er større end de 140 MPa, der er specificeret i GB/T 8547-2019-standarden. Forskydningsstyrken af kompositpladen med DT4 mellemlag når 187,4 MPa, og forskydningsstyrken af kompositpladen med SL3 mellemlag er 148,6 MPa. Det mellemliggende mellemlagsmateriale har ingen signifikant effekt på trækegenskaberne, og stødabsorberingsenergien er større end de 27 J, der er specificeret i GB/T 700-2006-standarden. Slagabsorptionsenergien ved at tilføje DT4 interlayer composite board substrat er lidt lavere end ved tilføjelse af SL3 interlayer composite board. To typer kompositplader blev udsat for bøjningstest (indre bøjning 180 grader, ydre bøjning 105 grader), og der blev ikke fundet revner.
Mikrostruktur
Figur 2 viser mikrostrukturen af grænsefladen af kompositpaneler med forskellige mellemlagsmaterialer. Figur 2 (a) viser grænseflademikrostrukturen af kompositpladen med tilføjet DT4-mellemlag. Kornstrukturen ved basislaget er stribeformet, hovedsageligt sammensat af ferrit og perlit. Kornstørrelsen ved DT4-mellemlaget er dog ujævn, idet kun nogle små korn og grove korn er ferrit. Plasticiteten og sejheden er dårlig, og den er tilbøjelig til at bryde under forskydningskraft på dette sted. Figur 2 (b) viser grænsefladestrukturen af kompositpladen med tilføjet SL3 mellemlag. Basislaget er hovedsageligt sammensat af perlit og ferrit, med et afkulningslag med en bredde på ca. 50 μm på stålsiden. Der dannes et klart gråsort diffusionsbånd på titaniumsiden, og strukturen på titaniumsiden med en diameter på omkring 80 μm er stavformet. På grund af at Fe er et stabilt element af - Ti, reducerer opløsningen af Fe i Ti den eutektoide overgangstemperatur af Ti, og - fasen kernedannelse og vokser til at danne - fasen, når den afkøles. Ifølge tabel 1 er carbonindholdet i sandwich-materialet SL3 relativt højt med 0,06 %. Diffusionen af C-element er mere tilbøjelig til at danne et TiC-lag, og et tykkere TiC-lag vil reducere grænsefladebindingsstyrken.
