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, därför bildas TiC lättast vid gränssnittet. Efter att ha uppnått den optimala tjockleken på det kontinuerliga och enhetliga TiC-skiktet är det fördelaktigt att förbättra kompositplattans bindningsstyrka, men det är svårt att kontrollera i praktisk industriell produktion. Wu Jingyi et al. studerat effekterna av att lägga till olika mellanskiktsmaterial på mikrostrukturen och egenskaperna hos titan/stålkompositplattor, såsom Ni-mellanskikt, Fe-mellanskikt, Nb-mellanskikt, etc. Yang et al. studerade att under olika rullningstemperaturförhållanden bildade gränsytan mellan Ni-mellanskikt inte sköra TiC- och TiFe-föreningar vid 800 grader och 900 grader, med genomsnittliga skjuvhållfastheter på 310 MPa respektive 224 MPa. Xie et al. studerade effekten av Nb-mellanskikt på gränsytan mellan titan/stålkompositplattor under olika rullningstemperaturförhållanden. Studien visade att vid 800 grader och 900 grader bildades inte sköra TiC- och TiFe-föreningar vid kompositgränsytan, och den genomsnittliga skjuvhållfastheten nådde 279 MPa.
Ovanstående forskning indikerar att tillsats av ett mellanskikt effektivt kan undertrycka spridningen av gränssnittselement. De flesta av ovanstående studier är dock baserade på laboratorieexperiment, och de dyra mellanskiktsmaterialen som Ni och Nb som valts begränsar också deras industriella tillämpningar. Denna studie syftar till industriell tillämpning, med användning av SL3 som mellanskikt för att verifiera om förekomsten av hårdlödningsmaterial kan uppnås under valsningsuppvärmningsprocessen, och sedan genom valsning av komposit för att förbättra bindningsstyrkan hos kompositplattan. Baserat på företagets faktiska produktionslinje används vakuumvalsprocessen för forskning, och effekterna av att lägga till elektromagnetiskt rent järn DT4 och amorft nickelbaserat hårdlödningsmaterial SL3 på mikrostrukturen och egenskaperna hos titan/stålkompositplattor studeras systematiskt.
Denna studie antar en symmetrisk ämnesmonteringsmetod och staplar ämnena enligt strukturen av "stålmellanskikts titanisoleringsmedel isoleringsmedel titan mellanskiktsstål". Denna kompositvalsmetod kan effektivt förhindra böjdeformation av kompositplattan under rullningsprocessen och förbättra produktionseffektiviteten för titan/stålkompositplattor. En distans med en tjocklek på cirka 0,3 mm appliceras mellan titan (distansen är gjord genom att värma och blanda lättviktsmagnesiumoxid, vattenglas och polyvinylalkohol) för att förhindra vidhäftning under valsning. Fyrsidig tätningssvetsning utförs genom nedsänkt bågsvetsning och ett hål borras i ena änden i rullriktningen. En första stegs vakuumpumpgrupp bestående av en mekanisk pump och en Roots-pump används för vakuum, som visas i figur 1. När vakuumgraden når under 5 Pa, utförs tätningen och skickas till sist till stålverket för rullning. Ämnet värms upp till 880 grader i en stationär motståndsugn, hålls i 4 timmar och valsas 16 gånger vid en rullningstemperatur på (850 ± 10) grader, med en total kompressionshastighet på cirka 90 %.
Provtagningen tas vid kanten av ämnets mittposition, och enligt GB/T 6396-2008-standarden testas kompositkortets mekaniska egenskaper med en nivå 1 precision WAW-600 kW-dator -kontrollerad elektronisk universell testmaskin. Skjuvningsprestandan bestäms av spänningsskjuvningsmetoden. Provet polerades och polerades. Stålsidan korroderades först med 4% salpetersyraalkohol och sedan korroderades titansidan med en blandning av fluorvätesyra, salpetersyra och vatten (2:1:17). Gränssnittsstrukturen observerades med ett Axiolab5 (JX32) metallografiskt mikroskop, och gränssnittet och brottytan på kompositplattan observerades med ett Axia ChemiSEM LoVac svepelektronmikroskop, följt av energidispersiv spektroskopi (EDS) analys.
Mekaniska egenskaper
Tabell 2 visar de mekaniska egenskaperna hos kompositpaneler med olika mellanskikt. Skjuvhållfastheten för båda kompositplattorna är större än de 140 MPa som anges i GB/T 8547-2019-standarden. Skjuvhållfastheten för kompositplattan med DT4-mellanskikt når 187,4 MPa, och skjuvhållfastheten för kompositplattan med SL3-mellanskikt är 148,6 MPa. Det mellanliggande mellanskiktsmaterialet har ingen signifikant effekt på dragegenskaperna, och slagabsorptionsenergin är större än 27 J som anges i GB/T 700-2006-standarden. Stötabsorptionsenergin för att lägga till DT4 interlayer kompositkortsubstrat är något lägre än den för att lägga till SL3 interlayer composite board. Två typer av kompositplattor utsattes för böjningstester (inre böjning 180 grader, yttre böjning 105 grader), och inga sprickor hittades.
Mikrostruktur
Figur 2 visar mikrostrukturen för gränssnittet mellan kompositpaneler med olika mellanskiktsmaterial. Figur 2 (a) visar gränssnittsmikrostrukturen för kompositplattan med DT4-mellanskikt tillsatt. Kornstrukturen vid basskiktet är remsformad, huvudsakligen sammansatt av ferrit och perlit. Kornstorleken vid DT4-mellanskiktet är dock ojämn, med endast några små korn och grova korn som är ferrit. Plasticiteten och segheten är dålig, och den är benägen att spricka under skjuvkraft på denna plats. Figur 2 (b) visar gränssnittsstrukturen för kompositplattan med SL3-mellanskikt tillagt. Basskiktet består huvudsakligen av perlit och ferrit, med ett avkolningsskikt med en bredd av cirka 50 μm på stålsidan. Ett klart gråsvart diffusionsband bildas på titansidan och strukturen på titansidan med en diameter på ca 80 μm är stavformad. På grund av att Fe är ett stabilt element av - Ti, minskar upplösningen av Fe i Ti den eutektoida övergångstemperaturen för Ti, och - fasen kärnar och växer för att bilda - fasen när den kyls. Enligt tabell 1 är kolhalten i sandwichmaterialet SL3 relativt hög, 0,06 %. Diffusionen av C-element är mer sannolikt att bilda ett TiC-skikt, och ett tjockare TiC-skikt kommer att minska gränsytans bindningsstyrka.
