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, לכן TiC נוצר הכי קל בממשק. לאחר הגעה לעובי האופטימלי של שכבת TiC הרציפה והאחידה, מועיל לשפר את חוזק ההדבקה של הצלחת המרוכבת, אך קשה לשלוט בה בייצור תעשייתי מעשי. Wu Jingyi וחב'. חקרו את ההשפעות של הוספת חומרים בין-שכבתיים שונים על המיקרו-מבנה והמאפיינים של לוחות מרוכבים טיטניום/פלדה, כגון Ni interlayer, Fe interlayer, Nb interlayer וכו'. Yang et al. חקר שבתנאי טמפרטורת גלגול שונים, הממשק של שכבת ה-Ni לא יצרה תרכובות שבירות TiC ו-TiFe ב-800 מעלות ו-900 מעלות, עם חוזק גזירה ממוצע של 310 MPa ו-224 MPa, בהתאמה. Xie et al. חקר את ההשפעה של שכבת Nb על הממשק של לוחות מרוכבים טיטניום/פלדה בתנאי טמפרטורת גלגול שונים. המחקר הראה שב-800 מעלות ו-900 מעלות, לא נוצרו תרכובות שבירות TiC ו-TiFe בממשק המרוכב, וחוזק הגזירה הממוצע הגיע ל-279 MPa.
המחקר לעיל מצביע על כך שהוספת שכבת ביניים יכולה לדכא ביעילות את התפוצה של רכיבי ממשק. עם זאת, רוב המחקרים לעיל מבוססים על ניסויי מעבדה, והחומרים הבין-שכבתיים היקרים כמו Ni ו-Nb שנבחרו גם מגבילים את היישומים התעשייתיים שלהם. מחקר זה מכוון ליישום תעשייתי, תוך שימוש ב-SL3 כשכבת הביניים כדי לוודא אם ניתן להשיג את קיומו של חומר הלחמה במהלך תהליך החימום הגלגול, ולאחר מכן באמצעות גלגול מרוכב לשיפור חוזק ההדבקה של הצלחת המרוכבת. בהתבסס על קו הייצור בפועל של הארגון, תהליך גלגול הוואקום משמש למחקר, וההשפעות של הוספת ברזל טהור אלקטרומגנטי DT4 וחומר הלחמה מבוסס ניקל אמורפי SL3 על המיקרו-מבנה והמאפיינים של לוחות מרוכבים טיטניום/פלדה נחקרות באופן שיטתי.
מחקר זה מאמץ שיטת הרכבה סימטרית של בילט ועורם את הבילטים לפי המבנה של "חומר בידוד חומר בידוד טיטניום בין שכבת פלדה פלדה בין שכבת טיטניום". שיטת גלגול מרוכבים זו יכולה למנוע ביעילות את עיוות הכיפוף של הצלחת המרוכבת במהלך תהליך הגלגול ולשפר את יעילות הייצור של לוחות מרוכבים טיטניום/פלדה. מרווח בעובי של כ-0.3 מ"מ מיושם בין טיטניום (המרווח עשוי על ידי חימום וערבוב מגנזיום אוקסיד קל משקל, זכוכית מים ואלכוהול פוליוויניל) כדי למנוע הידבקות במהלך הגלגול. ריתוך איטום ארבע צדדי מתבצע על ידי ריתוך קשת שקוע, ובקצה אחד נקדח חור בכיוון הגלגול. קבוצת משאבות ואקום בשלב ראשון המורכבת ממשאבה מכנית ומשאבת Roots משמשת לשאיבת אבק, כפי שמוצג באיור 1. כאשר דרגת הוואקום מגיעה מתחת ל-5 Pa, האיטום מתבצע, ולבסוף הוא נשלח למפעל הפלדה לגלגול. הבילט מחומם ל-880 מעלות בתנור עמידות שולחני, מוחזק במשך 4 שעות, ומגולגל 16 פעמים בטמפרטורת גלגול של (850 ± 10) מעלות, עם שיעור דחיסה כולל של כ-90%.
הדגימה נלקחת בקצה המיקום האמצעי של הבילט, ובהתאם לתקן GB/T 6396-2008, התכונות המכניות של הלוח המרוכב נבדקות באמצעות מחשב WAW דיוק ברמה 1-600 קילוואט -מכונת בדיקה אוניברסלית אלקטרונית מבוקרת. ביצועי הגזירה נקבעים לפי שיטת גזירת המתח. המדגם עבר ליטוש וליטוש. צד הפלדה נכלה תחילה באלכוהול של 4% חומצה חנקתית, ולאחר מכן צד הטיטניום נכלה בתערובת של חומצה הידרופלואורית, חומצה חנקתית ומים (2:1:17). מבנה הממשק נצפה באמצעות מיקרוסקופ מטאלוגרפי Axiolab5 (JX32), והממשק ומשטח השבר של הצלחת המרוכבת נצפו באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק Axia ChemiSEM LoVac, ולאחר מכן ניתוח ספקטרוסקופיה מפזרת אנרגיה (EDS).
תכונות מכניות
טבלה 2 מציגה את התכונות המכניות של לוחות מרוכבים עם שכבות ביניים שונות. חוזק הגזירה של שתי הלוחות המרוכבים גדול מ-140 MPa המצוין בתקן GB/T 8547-2019. חוזק הגזירה של הלוח המרוכב עם שכבת הביניים DT4 מגיע ל-187.4 MPa, וחוזק הגזירה של הצלחת המרוכבת עם שכבת הביניים SL3 הוא 148.6 MPa. לחומר השכבה הביניים אין השפעה משמעותית על תכונות המתיחה, ואנרגיית ספיגת הפגיעה גדולה מ-27 J המצוין בתקן GB/T 700-2006. אנרגיית ספיגת ההשפעה של הוספת מצע לוח מרוכב בין-שכבתי DT4 נמוכה מעט מזו של הוספת לוח מרוכב בין-שכבתי SL3. שני סוגים של לוחות מרוכבים עברו בדיקות כיפוף (כיפוף פנימי 180 מעלות, כיפוף חיצוני 105 מעלות), ולא נמצאו סדקים.
מבנה מיקרו
איור 2 מציג את המיקרו-מבנה של הממשק של לוחות מרוכבים עם חומרים בין-שכבתיים שונים. איור 2 (א) מציג את המיקרו-מבנה של הממשק של הצלחת המרוכבת עם שכבת DT4 שנוספה. מבנה הגרגירים בשכבת הבסיס הוא בצורת רצועה, מורכב בעיקר מפריט ופרליט. עם זאת, גודל הגרגירים בשכבת הביניים DT4 אינו אחיד, כאשר רק חלק מהגרגרים הקטנים והגרגרים הגסים הם פריט. הפלסטיות והקשיחות גרועות, והוא נוטה להישבר תחת כוח גזירה במיקום זה. איור 2 (ב) מציג את מבנה הממשק של הצלחת המרוכבת בתוספת שכבת SL3. שכבת הבסיס מורכבת בעיקר מפרליט ופריט, עם שכבת שחרור ברוחב של כ-50 מיקרומטר בצד הפלדה. נוצרת פס דיפוזיה שחור אפור ושקוף בצד הטיטניום, והמבנה בצד הטיטניום בקוטר של כ-80 מיקרומטר הוא בצורת מוט. בשל היותו של Fe אלמנט יציב של - Ti, פירוק Fe ב-Ti מפחית את טמפרטורת המעבר האווטקטואידית של Ti, והפאזה - נוצרת וגדלה ויוצרת את - הפאזה כאשר היא מתקררת. לפי טבלה 1, תכולת הפחמן של חומר הסנדוויץ' SL3 גבוהה יחסית, ועומדת על 0.06%. סביר יותר שהדיפוזיה של אלמנט C תיצור שכבת TiC, ושכבת TiC עבה יותר תפחית את חוזק ההדבקה של הממשק.
