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, quindi TiC si forma più facilmente all'interfaccia. Dopo aver raggiunto lo spessore ottimale dello strato continuo e uniforme di TiC, è vantaggioso migliorare la forza di adesione della piastra composita, ma è difficile da controllare nella produzione industriale pratica. Wu Jingyi et al. hanno studiato gli effetti dell'aggiunta di diversi materiali interstrato sulla microstruttura e sulle proprietà delle piastre composite di titanio/acciaio, come l'interstrato Ni, l'interstrato Fe, l'interstrato Nb, ecc. Yang et al. hanno studiato che in diverse condizioni di temperatura di laminazione, l'interfaccia dello strato intermedio di Ni non formava composti fragili di TiC e TiFe a 800 gradi e 900 gradi, con resistenze medie al taglio di 310 MPa e 224 MPa, rispettivamente. Xie et al. hanno studiato l'effetto dello strato intermedio di Nb sull'interfaccia di piastre composite di titanio/acciaio in diverse condizioni di temperatura di laminazione. Lo studio ha dimostrato che a 800 gradi e 900 gradi, i composti fragili di TiC e TiFe non si formavano sull'interfaccia composita e la resistenza al taglio media raggiungeva 279 MPa.
La ricerca di cui sopra indica che l'aggiunta di uno strato intermedio può sopprimere efficacemente la diffusione degli elementi dell'interfaccia. Tuttavia, la maggior parte degli studi di cui sopra si basano su esperimenti di laboratorio e i costosi materiali interstrato selezionati come Ni e Nb limitano anche le loro applicazioni industriali. Questo studio mira all'applicazione industriale, utilizzando SL3 come interstrato per verificare se l'esistenza di materiale di brasatura può essere ottenuta durante il processo di riscaldamento della laminazione, e quindi attraverso la laminazione del composito per migliorare la forza di adesione della piastra composita. Sulla base dell'effettiva linea di produzione dell'impresa, il processo di laminazione sotto vuoto viene utilizzato per la ricerca e vengono studiati sistematicamente gli effetti dell'aggiunta di ferro puro elettromagnetico DT4 e materiale per brasatura a base di nichel amorfo SL3 sulla microstruttura e le proprietà delle piastre composite di titanio/acciaio.
Questo studio adotta un metodo di assemblaggio simmetrico delle billette e impila le billette secondo la struttura di "interstrato di acciaio, agente isolante al titanio, agente isolante, acciaio interstrato al titanio". Questo metodo di laminazione del composito può prevenire efficacemente la deformazione da flessione della piastra composita durante il processo di laminazione e migliorare l'efficienza produttiva delle piastre composite in titanio/acciaio. Un distanziatore con uno spessore di circa 0,3 mm viene applicato tra il titanio (il distanziatore è realizzato riscaldando e mescolando ossido di magnesio leggero, bicchiere d'acqua e alcol polivinilico) per prevenire l'adesione durante la laminazione. La saldatura di tenuta su quattro lati viene eseguita mediante saldatura ad arco sommerso e ad un'estremità viene praticato un foro nella direzione di laminazione. Per l'aspirazione viene utilizzato un gruppo di pompe per vuoto di primo stadio composto da una pompa meccanica e una pompa Roots, come mostrato in Figura 1. Quando il grado di vuoto scende sotto i 5 Pa si procede alla sigillatura e infine si invia all'acciaieria per rotolare. La billetta viene riscaldata a 880 gradi in un forno a resistenza da tavolo, mantenuta per 4 ore e laminata 16 volte a una temperatura di laminazione di (850 ± 10) gradi, con un tasso di compressione complessivo di circa il 90%.
Il campionamento viene effettuato sul bordo della posizione centrale della billetta e, secondo lo standard GB/T 6396-2008, le proprietà meccaniche del pannello composito vengono testate utilizzando un computer WAW di precisione di livello 1 -600 kW macchina di prova universale elettronica controllata. La prestazione al taglio è determinata dal metodo del taglio a tensione. Il campione è stato lucidato e lucidato. Il lato in acciaio è stato prima corroso con alcol di acido nitrico al 4%, quindi il lato in titanio è stato corroso con una miscela di acido fluoridrico, acido nitrico e acqua (2:1:17). La struttura dell'interfaccia è stata osservata utilizzando un microscopio metallografico Axiolab5 (JX32), mentre l'interfaccia e la superficie di frattura della piastra composita sono state osservate utilizzando un microscopio elettronico a scansione Axia ChemiSEM LoVac, seguito dall'analisi della spettroscopia a dispersione di energia (EDS).
Proprietà meccaniche
La tabella 2 mostra le proprietà meccaniche dei pannelli compositi con diversi interstrati. La resistenza al taglio di entrambe le piastre composite è maggiore dei 140 MPa specificati nello standard GB/T 8547-2019. La resistenza al taglio della piastra composita con interstrato DT4 raggiunge 187,4 MPa e la resistenza al taglio della piastra composita con interstrato SL3 è 148,6 MPa. Il materiale dello strato intermedio intermedio non ha effetti significativi sulle proprietà di trazione e l'energia di assorbimento dell'impatto è maggiore dei 27 J specificati nello standard GB/T 700-2006. L'energia di assorbimento dell'impatto derivante dall'aggiunta del substrato del pannello composito interstrato DT4 è leggermente inferiore a quella dell'aggiunta del pannello composito interstrato SL3. Due tipi di piastre composite sono state sottoposte a test di flessione (flessione interna di 180 gradi, flessione esterna di 105 gradi) e non sono state riscontrate crepe.
Microstruttura
La Figura 2 mostra la microstruttura dell'interfaccia di pannelli compositi con diversi materiali interstrati. La Figura 2 (a) mostra la microstruttura dell'interfaccia della piastra composita con l'aggiunta dello strato intermedio DT4. La struttura del grano nello strato di base è a forma di striscia, composta principalmente da ferrite e perlite. Tuttavia, la dimensione dei grani sullo strato intermedio DT4 non è uniforme, con solo alcuni grani piccoli e grossi che sono ferrite. La plasticità e la tenacità sono scarse ed è soggetto a fratture sotto la forza di taglio in questa posizione. La Figura 2 (b) mostra la struttura dell'interfaccia della piastra composita con l'aggiunta dello strato intermedio SL3. Lo strato di base è composto principalmente da perlite e ferrite, con uno strato di decarburazione con una larghezza di circa 50 μ m sul lato acciaio. Sul lato del titanio si forma una banda di diffusione grigio-nera trasparente e la struttura sul lato del titanio con un diametro di circa 80 μm è a forma di bastoncino. Poiché Fe è un elemento stabile di -Ti, la dissoluzione di Fe in Ti riduce la temperatura di transizione eutettoide di Ti e la fase - nuclea e cresce per formare la fase - quando viene raffreddata. Secondo la tabella 1, il contenuto di carbonio del materiale sandwich SL3 è relativamente elevato, pari allo 0,06%. È più probabile che la diffusione dell'elemento C formi uno strato di TiC e uno strato di TiC più spesso ridurrà la forza di legame interfacciale.
