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, daher bildet sich TiC am leichtesten an der Grenzfläche. Nach Erreichen der optimalen Dicke der kontinuierlichen und gleichmäßigen TiC-Schicht ist es vorteilhaft, die Haftfestigkeit der Verbundplatte zu verbessern, sie ist jedoch in der praktischen industriellen Produktion schwer zu kontrollieren. Wu Jingyi et al. untersuchten die Auswirkungen der Zugabe verschiedener Zwischenschichtmaterialien auf die Mikrostruktur und die Eigenschaften von Titan/Stahl-Verbundplatten, wie z. B. Ni-Zwischenschicht, Fe-Zwischenschicht, Nb-Zwischenschicht usw. Yang et al. untersuchten, dass unter verschiedenen Walztemperaturbedingungen die Grenzfläche der Ni-Zwischenschicht bei 800 Grad und 900 Grad keine spröden TiC- und TiFe-Verbindungen mit durchschnittlichen Scherfestigkeiten von 310 MPa bzw. 224 MPa bildete. Xie et al. untersuchten die Wirkung der Nb-Zwischenschicht auf die Grenzfläche von Titan/Stahl-Verbundplatten unter verschiedenen Walztemperaturbedingungen. Die Studie zeigte, dass bei 800 Grad und 900 Grad keine spröden TiC- und TiFe-Verbindungen an der Verbundgrenzfläche gebildet wurden und die durchschnittliche Scherfestigkeit 279 MPa erreichte.
Die obige Untersuchung zeigt, dass das Hinzufügen einer Zwischenschicht die Diffusion von Grenzflächenelementen wirksam unterdrücken kann. Die meisten der oben genannten Studien basieren jedoch auf Laborexperimenten, und die ausgewählten teuren Zwischenschichtmaterialien wie Ni und Nb schränken auch ihre industriellen Anwendungen ein. Diese Studie zielt auf eine industrielle Anwendung ab, wobei SL3 als Zwischenschicht verwendet wird, um zu überprüfen, ob das Vorhandensein von Lötmaterial während des Walzerwärmungsprozesses erreicht werden kann, und dann durch Walzen des Verbundwerkstoffs die Verbindungsfestigkeit der Verbundplatte verbessert wird. Basierend auf der tatsächlichen Produktionslinie des Unternehmens wird das Vakuumwalzverfahren zu Forschungszwecken eingesetzt und die Auswirkungen der Zugabe von elektromagnetischem Reineisen DT4 und amorphem Nickelbasislot SL3 auf die Mikrostruktur und die Eigenschaften von Titan/Stahl-Verbundplatten systematisch untersucht.
Diese Studie verwendet eine symmetrische Knüppelmontagemethode und stapelt die Knüppel gemäß der Struktur „Stahlzwischenschicht-Titan-Isolationsmittel-Isolationsmittel-Titan-Zwischenschichtstahl“. Dieses Verbundwalzverfahren kann die Biegeverformung der Verbundplatte während des Walzvorgangs wirksam verhindern und die Produktionseffizienz von Titan/Stahl-Verbundplatten verbessern. Ein Abstandshalter mit einer Dicke von etwa 0,3 mm wird zwischen Titan aufgetragen (der Abstandshalter wird durch Erhitzen und Mischen von leichtem Magnesiumoxid, Wasserglas und Polyvinylalkohol hergestellt), um ein Anhaften beim Walzen zu verhindern. Das vierseitige Dichtungsschweißen erfolgt durch Unterpulverschweißen, wobei an einem Ende in Walzrichtung ein Loch gebohrt wird. Zum Vakuumieren wird eine Vakuumpumpengruppe der ersten Stufe verwendet, die aus einer mechanischen Pumpe und einer Wälzkolbenpumpe besteht, wie in Abbildung 1 dargestellt. Wenn der Vakuumgrad unter 5 Pa sinkt, wird die Versiegelung durchgeführt und schließlich zum Stahlwerk geschickt zum Rollen. Der Barren wird in einem Tisch-Widerstandsofen auf 880 Grad erhitzt, 4 Stunden lang gehalten und 16 Mal bei einer Walztemperatur von (850 ± 10) Grad gewalzt, mit einer Gesamtkompressionsrate von etwa 90 %.
Die Probenahme erfolgt am Rand der Mittelposition des Knüppels und gemäß dem GB/T 6396-2008-Standard werden die mechanischen Eigenschaften der Verbundplatte mit einem WAW-600 kW-Präzisionscomputer der Stufe 1 getestet -gesteuerte elektronische Universalprüfmaschine. Die Scherleistung wird durch die Zugschermethode bestimmt. Die Probe wurde poliert und poliert. Die Stahlseite wurde zuerst mit 4 %igem Salpetersäurealkohol korrodiert, und dann wurde die Titanseite mit einer Mischung aus Flusssäure, Salpetersäure und Wasser (2:1:17) korrodiert. Die Grenzflächenstruktur wurde mit einem Axiolab5 (JX32) metallografischen Mikroskop beobachtet, und die Grenzfläche und Bruchfläche der Verbundplatte wurden mit einem Axia ChemiSEM LoVac Rasterelektronenmikroskop beobachtet, gefolgt von einer energiedispersiven Spektroskopie (EDS)-Analyse.
Mechanische Eigenschaften
Tabelle 2 zeigt die mechanischen Eigenschaften von Verbundplatten mit unterschiedlichen Zwischenschichten. Die Scherfestigkeit beider Verbundplatten liegt über den im GB/T 8547-2019-Standard angegebenen 140 MPa. Die Scherfestigkeit der Verbundplatte mit DT4-Zwischenschicht erreicht 187,4 MPa und die Scherfestigkeit der Verbundplatte mit SL3-Zwischenschicht beträgt 148,6 MPa. Das Zwischenschichtmaterial hat keinen wesentlichen Einfluss auf die Zugeigenschaften und die Stoßabsorptionsenergie liegt über den im GB/T 700-2006-Standard angegebenen 27 J. Die Stoßabsorptionsenergie beim Hinzufügen eines DT4-Zwischenschicht-Verbundplattensubstrats ist etwas geringer als die beim Hinzufügen einer SL3-Zwischenschicht-Verbundplatte. Zwei Arten von Verbundplatten wurden Biegetests unterzogen (Innenbiegung 180 Grad, Außenbiegung 105 Grad), und es wurden keine Risse festgestellt.
Mikrostruktur
Abbildung 2 zeigt die Mikrostruktur der Grenzfläche von Verbundplatten mit unterschiedlichen Zwischenschichtmaterialien. Abbildung 2 (a) zeigt die Grenzflächenmikrostruktur der Verbundplatte mit hinzugefügter DT4-Zwischenschicht. Die Kornstruktur der Grundschicht ist streifenförmig und besteht hauptsächlich aus Ferrit und Perlit. Allerdings ist die Korngröße an der DT4-Zwischenschicht ungleichmäßig, wobei nur einige kleine Körner und grobe Körner Ferrit sind. Die Plastizität und Zähigkeit sind schlecht, und es neigt an dieser Stelle zum Bruch unter Scherkräften. Abbildung 2 (b) zeigt die Grenzflächenstruktur der Verbundplatte mit hinzugefügter SL3-Zwischenschicht. Die Grundschicht besteht hauptsächlich aus Perlit und Ferrit, mit einer Entkohlungsschicht mit einer Breite von etwa 5 0 μm auf der Stahlseite. Auf der Titanseite bildet sich ein klares grauschwarzes Diffusionsband, und auf der Titanseite ist die Struktur mit einem Durchmesser von etwa 80 µm stabförmig. Da Fe ein stabiles Element von - Ti ist, verringert die Auflösung von Fe in Ti die eutektoide Übergangstemperatur von Ti, und die --Phase bildet Keime und wächst beim Abkühlen zur --Phase. Laut Tabelle 1 ist der Kohlenstoffgehalt des Sandwichmaterials SL3 mit 0,06 % relativ hoch. Durch die Diffusion des C-Elements ist es wahrscheinlicher, dass sich eine TiC-Schicht bildet, und eine dickere TiC-Schicht verringert die Grenzflächenbindungsfestigkeit.
