מחקר על המאפיינים של לוחות מרוכבים טיטניום/פלדה שהוכנו על ידי חימום וגלגול אינדוקציה אלקטרומגנטית

צלחות מרוכבות טיטניום/פלדה לא רק בעלות עמידות מצוינת בפני קורוזיה של טיטניום, אלא גם בעלות חוזק גבוה ומוליכות תרמית טובה של פלדה, תוך הפחתת השימוש בטיטניום מתכת יקרה והורדת עלויות הייצור. הם נמצאים בשימוש נרחב בתחומים כמו פטרוכימיה, ציוד כוח, ציוד לייצור מלח והנדסה ימית. כיום, השיטות העיקריות לייצור תעשייתי של לוחות מרוכבים מפלדת טיטניום כוללות שיטת מרוכבים נפץ, שיטת גלגול נפץ ושיטת מרוכבים לגלגול חם. בהשוואה לשיטות הכנה אחרות, לצלחת המרוכבת מפלדת טיטניום שהוכנה בשיטת תרגול מרוכב חם יש את היתרונות של איכות מוצר טובה, יעילות ייצור גבוהה וללא זיהום סביבתי. יש לו יתרונות משמעותיים בייצור לוחות מרוכבים בשטח גדול ורוחב רחב, והוא מחליף בהדרגה שיטות הכנה אחרות בייצור תעשייתי. עם זאת, בעת הכנת לוחות מרוכבים טיטניום/פלדה בשיטת מרוכבים בגלגול חם, על מנת למנוע חמצון של ממשק המרוכב בתנאי טמפרטורה גבוהים, יש צורך להשתמש בשיטת שאיבת ואקום או בשיטת ריתוך קרן אלקטרונים ואקום להכנת בילט כדי להבטיח כי ממשק מורכב נמצא במצב ואקום. עם זאת, בייצור ואקום בילט עשויים להיות ליקויי ריתוך שעלולים להוביל לכשל בוואקום, וכתוצאה מכך לירידה בשיעור ההסמכה של ייצור לוחות מרוכבים. יתרה מכך, תהליך הייצור המורכב ועלויות הציוד הגבוהות מגבילים את הקידום והיישום של שיטת הגלגול לייצור לוחות מרוכבים. בנוסף, בטמפרטורות גבוהות, תרכובות שבירות כגון TiC, FeTi ו-Fe2Ti נוצרות בקלות בממשק של לוחות מרוכבים טיטניום/פלדה בגלגול חם ישירות, מה שמוביל לירידה בביצועי הגזירה של הלוחות המרוכבים. יתר על כן, עם העלייה בטמפרטורת החימום, סוגי ועובי התרכובות הנוצרות בממשק המרוכב גדלים באופן משמעותי. לאחר לימוד השפעת טמפרטורת הגלגול על חוזק המרוכב של לוחות מרוכבים טיטניום/פלדה
התוצאות מצביעות על כך שבטמפרטורת גלגול של 850~1050 מעלות, ככל שטמפרטורת הגלגול עולה, מספר התרכובות הנוצרות בממשק המרוכב עולה, וחוזק הגזירה מראה ירידה משמעותית. יו ויי וחב'. [20] ערכו ניסויים מרוכבים מתגלגלים של טיטניום טהור תעשייתי TA1 ו-Q345 בטווח של 840~930 מעלות. המחקר מצא שלצלחת המרוכבת שהתגלגלה ב-870 מעלות היו ביצועים טובים יותר. עם עליית טמפרטורת החימום, מבנה צד הטיטניום עבר טרנספורמציה פאזה, ותרכובות בין-מתכתיות נוספות נוצרו בממשק, מה שמפחית את חוזק הגזירה של הממשק.
על מנת לדכא היווצרות של תרכובות בין-מתכתיות בממשק המרוכבים טיטניום/פלדה במהלך גלגול חם, בדרך כלל מוסיפים שכבת מתכת מתאימה בין טיטניום לפלדה כשכבת ביניים כדי לשפר את תנאי העיוות והדיפוזיה המתואמים של הממשק. לדוגמה, SABOK TAKIN RM et al. [21] ערכו ניסויים מרוכבים טיטניום/פלדה מגולגל חם תוך שימוש ב-Cu כשכבת ביניים בטמפרטורות שונות, מה שדיכא היווצרות של תרכובות בין-מתכתיות TiC ו-Fe Ti, ולא נוצרה שכבת תגובה בממשק המרוכב בין פלדת פחמן ונחושת. עם זאת, תרכובות בין-מתכתיות Ti Cu שונות נוצרו בממשק המרוכב בין נחושת לטיטניום, מה שמפחית את חוזק הגזירה של הצלחת המרוכבת.
לוח מרוכב טיטניום/פלדה הוכן על ידי גלגול חם של ברזל טהור DT4 כשכבת הביניים. בטמפרטורת חימום של 850 מעלות, הצלחת המרוכבת השיגה חוזק גזירה מרבי של 237 6 MPa; כאשר טמפרטורת החימום עולה ל-950 מעלות, נוצרת שכבה שבירה עבה בממשק המרוכב, וכתוצאה מכך ירידה משמעותית בחוזק ההדבקה של הצלחת המרוכבת. CHAI XY et al. מנע למעשה היווצרות של שלבים שבירים בממשק המרוכב על ידי הוספת שתי שכבות ביניים שונות, Nb ו-Mo. חוזק הגזירה של הלוח המרוכב גדל ב-65 ו-20 MPa, בהתאמה, בהשוואה לאי הוספת שכבת ביניים. LI BX et al. [24] הוכנו לוחות מרוכבים מפלדת טיטניום על ידי גלגול חם של פלדת IF, פלדה V ו-IF+V כשכבות ביניים. המחקר מצא שלא זוהה שלב שביר בממשק המרוכב כאשר נעשה שימוש בפלדה IF+V כשכבת הביניים, וחוזק הגזירה היה גבוה מזה של חומר בודד כשכבת הביניים, והגיע ל-241 ב-900 מעלות והפחתה שיעור של 93% ב-8 MPa, ככל שטמפרטורת החימום עולה, עובי שלב ה-σ בממשק הפלדה V/IF גדל, מה שמחליש קשות את חוזק הגזירה של הצלחת המרוכבת.
מהמחקר לעיל, ניתן לראות שבתנאי טמפרטורה גבוהים יותר, לוחות מרוכבים טיטניום/פלדה מגולגלים חמים ייצרו שלבים שבירים ללא קשר לשאלה אם יתווסף ממשק מרוכב שכבת ביניים, מה שיוביל לירידה באיכות ההדבקה של הלוח המרוכב. . כדי למנוע היווצרות של תרכובות שבירות במהלך תהליכי גלגול וקירור בטמפרטורה גבוהה, באי יוליאנג הציע תוכנית של גלגול לוחות מרוכבים טיטניום/פלדה תוך שימוש בחימום אינדוקציה אלקטרומגנטי בתדר גבוה ובשיטת דו-שלבית קר חמה. על ידי ניצול מהירות החימום המהירה של אינדוקציה אלקטרומגנטית, זמן החימום מתקצר והמשקעים של תרכובות בין-מתכתיות בממשק נשלטות. GUO XW et al. [26] ערכו ניסויים בגלגול חם על לוחות מרוכבים TC4/304 תוך שימוש בשיטת הפולסים החשמליים בטמפרטורות ובקצבי הפחתה שונים. המחקר הראה כי השימוש בגלגול בסיוע דופק חשמלי יכול לקדם ביעילות את החיבור המתכותי של מתכות. לוחות מרוכבים TC4/304 באיכות גבוהה הוכנו בהצלחה בתהליכי גלגול עם טמפרטורות נמוכות יותר ושיעורי הפחתה נמוכים יותר, עם חוזק גזירה מרבי של 286 MPa. בתגובה לבעיות בהכנת לוחות מרוכבים טיטניום/פלדה בשיטת גלגול מרוכב חם, מאמר זה מציע להשתמש בברזל טהור כשכבת הביניים, ניצול הנזילות הטובה של ברזל טהור לשיפור תנאי העיוות של מטריצת הממשק, והכנה לוחות מרוכבים טיטניום/פלדה בעלות ביצועים גבוהים פשוט על ידי ערימת כרטיסיות אסימטריות תחת הגנת גז אינרטי ושימוש בחימום אינדוקציה אלקטרומגנטי בטמפרטורות נמוכות יותר. שיטה זו לא רק מפשטת את תהליך הייצור, אלא גם מונעת היווצרות של תרכובות שבירות בממשק המרוכב על ידי ניצול המאפיינים של מהירות חימום קצרה וטמפרטורה נמוכה של אינדוקציה אלקטרומגנטית. מאמר זה מתכוון לחקור את המיקרו-מבנה והמאפיינים של הממשק של לוחות מרוכבים טיטניום/פלדה שהוכנו על ידי חימום אינדוקציה וגלגול עם עוביים שונים של DT4 כשכבות ביניים.