Studie zur ungleichmäßigen Mikrostruktur der explosiven Schweißschnittstelle in Titanstahl-Verbundplatten

Die Qualität der Grenzflächenverbindung von explosionsgeschweißten Verbundplatten ist der Hauptfaktor, der die Gesamtleistung und Betriebssicherheit von Verbundplatten beeinflusst. Derzeit konzentriert sich die Forschung zu explosionsgeschweißten Verbundplatten aus Titanstahl im In- und Ausland hauptsächlich auf das Niveau, die Struktur, die mechanischen Eigenschaften, die elektrochemischen Eigenschaften und andere Aspekte der Verbindungsschnittstelle. Die durch verschiedene Faktoren verursachte Ungleichmäßigkeit der Grenzfläche führt zu Unterschieden in den Zug-, Scher-, Schlag-, elektrochemischen, Ermüdungs- und anderen Eigenschaften zwischen explosionsgeschweißten Verbundplatten und homogenen Verkleidungen und Substraten.

Untersuchungen haben gezeigt, dass unter verschiedenen Prozessparametern flache oder wellenförmige Grenzflächen erhalten werden können, und typische wellenförmige Grenzflächen können durch Schweißen unterschiedlicher Metallverbundplatten innerhalb geeigneter Schweißfenster erhalten werden; Die hohe Explosionslast verstärkt die plastische Verformung an der Bindungsgrenzfläche, was dazu führt, dass sich die Körner entlang der Explosionsrichtung unterschiedlich stark ausdehnen und sich einige neue spröde intermetallische Phasen bilden. Die wellenförmige Grenzfläche, die durch den intensiven Metallfluss an der Grenzfläche der explosionsgeschweißten Verbundplatte aus Titanstahl entsteht, verbessert den Verbindungszustand der Grenzfläche und erhöht die Scherleistung der Verbindungsschnittstelle entlang der Explosionsschweißrichtung. Die Körner in der Nähe der Grenzfläche von Titanstahl-Verbundplatten sind sehr klein und ungleichmäßig in Größe und Form; Es gibt eine klare regionale Verteilung der Körner von der Grenzfläche auf der Substratseite bis zum Bereich weit entfernt von der Grenzfläche, und auch die Körner auf der Mantelseite unterliegen einer Verformung; Der Mikrohärtewert ist im Allgemeinen an der Verbindungsgrenzfläche am höchsten, da der Anstieg des Mikrohärtewerts durch Korngröße, plastische Verformung und sogar Phasenumwandlung beeinflusst wird. An der Titangrenzfläche auf der Mantelseite befinden sich adiabatische Scherlinien, auch Fluglinien genannt. Diese Struktur verändert sich durch eine Glühbehandlung bei unterschiedlichen Temperaturen, bis sie verschwindet. Der Zweck der Durchführung mechanischer Eigenschaftentests an Titanstahl-Verbundplatten besteht darin, die Indikatoren Zugfestigkeit, Streckgrenze und Scherfestigkeit von Titanstahl-Verbundplatten für Sprengstoffe zu bewerten und zu erfüllen, um die Standardanforderungen zu erfüllen. In diesem Artikel wird die Explosionsverbundplatte aus Titanstahl mit industriellem Reintitan und Kohlenstoffstahl als Substrat untersucht und die Mikrostruktur, Struktur, Hierarchie und mechanischen Eigenschaften der Verbindungsschnittstelle der Verbundplatte aus Titanstahl untersucht. Der Einfluss der Ungleichmäßigkeit der Verbindungsschnittstelle von Titan-Stahl-Verbundplatten auf die mechanischen Eigenschaften des Materials wird analysiert und liefert theoretische Grundlagen für die Konstruktionsberechnung und technische Anwendung von Druckbehältern, Waffen und Ausrüstung usw.

1. Auswahl und Vorbereitung der Materialien

Verwendung von Titan ASTM B265 Gr.1 als Verkleidung mit einer Dicke von 5 mm; Als Substrat wird ASTM A516 Gr.70 Kohlenstoffstahl mit einer Dicke von 35 mm verwendet. Gemäß ASTM B898-11 (2016) wurden Titanstahl-Verbundplatten mithilfe der Sprengschweißmethode hergestellt. Die chemische Zusammensetzung und die mechanischen Eigenschaften des Substrats und der Ummantelung sind jeweils in den Tabellen 1-3 aufgeführt.

Tab. 1 Chemische Zusammensetzung der plattierten Platte B265Gr． 1

Beim Sprengschweißen breitet sich die Energie des Sprengstoffs in Form von Wellen entlang der Explosionsrichtung aus. Durch die Einwirkung der Stoßwelle erfährt die Metalloberfläche eine starke plastische Verformung und an der Kontaktfläche entsteht eine große Wärmemenge, die zum Schmelzen des Metalls führt. Das Metall fließt und erzeugt einen Strahl, der einen Wirbel bildet (siehe Abbildung 1 (b)), und die endgültige Grenzfläche verbindet sich zu einer Wellenform. Ein Wirbel ist im Allgemeinen eine mechanische Mischung aus verschiedenen Substanzen, wie z. B. von einem Strahl getragenen Metalltrümmern, geschmolzenen Kühlmaterialien, intermetallischen Verbindungen und Metallkörnern der Beschichtung oder des Substrats an der ursprünglichen Position. Es gibt Defekte wie eingeschlossene Poren und lockere oder rissige Strukturen, die durch schnelle Erstarrung im Wirbel entstehen. Abbildung 2 zeigt die SEM-Morphologie verschiedener hierarchischer Bereiche an der Verbindungsschnittstelle von Titanstahl-Verbundplatten.