La qualità delle prestazioni di collegamento dell'interfaccia delle piastre composite saldate a esplosione è il fattore principale che influenza le prestazioni complessive e la sicurezza di servizio delle piastre composite. Attualmente, la ricerca sulle piastre composite saldate a esplosione in acciaio al titanio in patria e all'estero si concentra principalmente sul livello, sulla struttura, sulle proprietà meccaniche, sulle proprietà elettrochimiche e su altri aspetti dell'interfaccia di incollaggio. La non uniformità dell'interfaccia causata da vari fattori porta a differenze nelle proprietà di trazione, taglio, impatto, elettrochimiche, fatica e altre proprietà tra piastre composite saldate a esplosione e rivestimenti e substrati omogenei.
La ricerca ha dimostrato che le interfacce piatte o ondulate possono essere ottenute con diversi parametri di processo e le tipiche interfacce ondulate possono essere ottenute saldando piastre composite metalliche diverse all'interno di finestre di saldatura appropriate; L'elevato carico esplosivo intensifica la deformazione plastica nell'interfaccia di legame, provocando l'allungamento dei grani a vari livelli lungo la direzione dell'esplosione e accompagnato dalla formazione di alcune nuove fasi intermetalliche fragili. L'interfaccia a forma d'onda formata dall'intenso flusso di metallo sull'interfaccia della piastra composita saldata a esplosione in acciaio al titanio migliora le condizioni di adesione dell'interfaccia e migliora le prestazioni di taglio dell'interfaccia di unione lungo la direzione della saldatura a esplosione. I grani vicino all'interfaccia delle piastre composite di acciaio al titanio sono molto piccoli e irregolari in dimensioni e forma; Esiste una chiara distribuzione regionale dei grani dall'interfaccia sul lato del substrato all'area lontana dall'interfaccia, e anche i grani sul lato del rivestimento subiscono deformazione; Il valore di microdurezza è generalmente più alto all'interfaccia di legame, poiché l'aumento del valore di microdurezza è influenzato dalla dimensione dei grani, dalla deformazione plastica e persino dalla trasformazione di fase. Sono presenti linee di taglio adiabatiche, note anche come linee volanti, sull'interfaccia in titanio sul lato del rivestimento. Questa struttura si modifica sotto trattamento di ricottura a diverse temperature fino a scomparire. Lo scopo di condurre test sulle proprietà meccaniche sulle piastre composite di acciaio al titanio è valutare e soddisfare gli indicatori di resistenza alla trazione, resistenza allo snervamento e resistenza al taglio delle piastre composite esplosive di acciaio al titanio, al fine di soddisfare i requisiti standard. Questo articolo prende come oggetto di ricerca la piastra composita per esplosione di acciaio al titanio con titanio puro industriale e acciaio al carbonio del substrato e studia la microstruttura, la struttura, la gerarchia e le proprietà meccaniche dell'interfaccia di legame della piastra composita in acciaio al titanio. Viene analizzata l'influenza della non uniformità dell'interfaccia di incollaggio della piastra composita in acciaio al titanio sulle proprietà meccaniche del materiale, fornendo basi teoriche per il calcolo della progettazione e l'applicazione ingegneristica di recipienti a pressione, armi e attrezzature, ecc.
1. Selezione e preparazione dei materiali
Utilizzando titanio ASTM B265 Gr.1 come rivestimento, con uno spessore di 5 mm; Come substrato viene utilizzato acciaio al carbonio ASTM A516 Gr.70 con uno spessore di 35 mm. Secondo ASTM B898-11 (2016), le piastre composite di acciaio al titanio sono state preparate utilizzando il metodo di saldatura esplosiva. La composizione chimica e le proprietà meccaniche del substrato e del rivestimento sono mostrate rispettivamente nelle Tabelle 1-3.
Scheda． 1 Composizione chimica della piastra rivestita B265Gr． 1
2.Microstruttura e morfologia dell'interfaccia di incollaggio della piastra composita in acciaio al titanio
La morfologia tipica dell'interfaccia di incollaggio della piastra composita per esplosione in acciaio al titanio è mostrata nella Figura 1. L'interfaccia di incollaggio ha una tipica forma ondulata con una lunghezza d'onda di circa 1723,5 μ m e un'altezza d'onda di circa 300 μ m, come mostrato nella Figura 1 (UN). La microstruttura dal rivestimento al substrato lungo la direzione perpendicolare allo spessore dell'interfaccia può essere suddivisa in microstruttura di deformazione sul lato del rivestimento+zona di fusione locale → zona equiassica a grana fine sul lato del substrato (circa 21 μ m) → microstruttura di deformazione fibrosa zona (circa 200 μ m) → zona della microstruttura di flessione e torsione (circa 108 μ m) → zona della microstruttura originale (strisce di ferrite e perlite).
Durante la saldatura esplosiva l'energia dell'esplosivo si propaga sotto forma di onde lungo la direzione dell'esplosione. La superficie metallica subisce una grave deformazione plastica sotto l'azione dell'onda d'urto e sulla superficie di contatto viene generata una grande quantità di calore, che provoca la fusione del metallo. Il metallo scorre e genera un getto, formando un vortice (vedere Figura 1 (b)) e l'interfaccia finale si combina in una forma ondulata. Un vortice è generalmente una miscela meccanica composta da varie sostanze come detriti metallici trasportati da un getto, materiali di raffreddamento fusi, composti intermetallici e grani metallici del rivestimento o del substrato nella posizione originale. Sono presenti difetti come pori intrappolati e strutture allentate o fessurate formatesi dalla rapida solidificazione all'interno del vortice. La Figura 2 mostra la morfologia SEM di diverse regioni gerarchiche all'interfaccia di legame delle piastre composite di acciaio al titanio.
(1) I livelli di transizione dal rivestimento al substrato all'interfaccia della piastra composita saldata a esplosione in acciaio al titanio sono i seguenti: la zona di deformazione della struttura laterale del rivestimento, la zona di fusione locale, la zona a grana fine equiassica, la striscia zona della fibra a forma di e la zona di torsione sul lato del substrato.
(2) Rispetto al substrato originale, la durezza della regione a grana fine sul lato del substrato (3,60 GPa) e la regione fusa localmente nel vortice (11,73 GPa) sono aumentate in modo più significativo, mentre il modulo delle due regioni non non aumentare in modo significativo; La durezza e il modulo in altre aree mostrano un'evidente distribuzione non uniforme, e la struttura non uniforme dell'interfaccia di collegamento dell'acciaio al titanio a vari livelli si traduce in durezza e modulo elastico non uniformi.
(3) Influenzata dalle increspature dell'interfaccia, la resistenza alla trazione (578 GPa) dello strato adesivo lungo la direzione di detonazione è tra il substrato e il rivestimento, con l'allungamento in sezione (31,5%) e il ritiro in sezione (40%) più bassi; La resistenza alla trazione dello strato adesivo perpendicolare alla direzione di detonazione (472 GPa) è inferiore a quella del substrato e del rivestimento, con il più basso allungamento alla sezione (31,12%) e un tasso di ritiro dopo frattura (58%) tra il substrato e rivestimento. Le proprietà di trazione di questa piastra composita in acciaio al titanio sono anisotrope.
