Výskum vlastností titánových/oceľových kompozitných dosiek pripravených elektromagnetickým indukčným ohrevom a valcovaním

Kompozitné dosky z titánu a ocele majú nielen vynikajúcu odolnosť proti korózii ako titán, ale majú tiež vysokú pevnosť a dobrú tepelnú vodivosť ocele, pričom znižujú použitie vzácneho kovu titánu a znižujú výrobné náklady. Sú široko používané v oblastiach, ako je petrochémia, energetické zariadenia, zariadenia na výrobu soli a námorné inžinierstvo. V súčasnosti medzi hlavné metódy priemyselnej výroby kompozitných dosiek z titánovej ocele patrí metóda výbušného kompozitu, metóda výbušného valcovania a kompozitná metóda valcovania za tepla. V porovnaní s inými metódami prípravy má kompozitná doska z titánovej ocele pripravená kompozitnou metódou valcovania za tepla výhody dobrej kvality produktu, vysokej efektívnosti výroby a žiadneho znečistenia životného prostredia. Má významné výhody pri výrobe veľkoplošných a širokošírkových kompozitných dosiek a postupne nahrádza iné spôsoby prípravy v priemyselnej výrobe. Avšak pri príprave titánových/oceľových kompozitných dosiek pomocou metódy valcovania za tepla, aby sa zabránilo oxidácii kompozitného rozhrania za podmienok vysokej teploty, je potrebné použiť metódu vákuového čerpania alebo metódu zvárania vákuovým elektrónovým lúčom na prípravu predvalkov, aby sa zabezpečilo, že kompozitné rozhranie je vo vákuovom stave. Výroba vákuových predvalkov však môže mať chyby zvárania, ktoré môžu viesť k poruche vákua, čo má za následok zníženie miery kvalifikácie výroby kompozitných dosiek. Okrem toho zložitý výrobný proces a vysoké náklady na vybavenie obmedzujú propagáciu a aplikáciu metódy valcovania na výrobu kompozitných dosiek. Okrem toho sa pri vysokých teplotách na rozhraní priamo za tepla valcovaných titánových/oceľových kompozitných dosiek ľahko vytvárajú krehké zlúčeniny ako TiC, FeTi a Fe2Ti, čo vedie k zníženiu šmykového výkonu kompozitných dosiek. Okrem toho so zvyšujúcou sa teplotou ohrevu sa výrazne zvyšujú typy a hrúbka zlúčenín generovaných na rozhraní kompozitu. Po štúdiu vplyvu teploty valcovania na pevnosť kompozitu titánových/oceľových kompozitných dosiek
Výsledky naznačujú, že pri teplote valcovania 850 ~ 1050 stupňov, ako sa teplota valcovania zvyšuje, počet zlúčenín generovaných na rozhraní kompozitu sa zvyšuje a pevnosť v šmyku vykazuje významný pokles. Yu Wei a kol. [20] uskutočnili valcovacie kompozitné experimenty priemyselného čistého titánu TA1 a Q345 v rozsahu 840~930 stupňov. Štúdia zistila, že kompozitná doska valcovaná o 870 stupňov mala lepší výkon. So zvýšením teploty zahrievania prešla titánová bočná štruktúra fázovou transformáciou a na rozhraní sa vytvorilo viac intermetalických zlúčenín, čím sa znížila pevnosť rozhrania v šmyku.
Aby sa potlačila tvorba intermetalických zlúčenín na rozhraní titán/oceľ počas valcovania za tepla, medzi titán a oceľ sa zvyčajne pridáva vhodná kovová vrstva ako medzivrstva, aby sa zlepšili podmienky koordinovanej deformácie a difúzie rozhrania. Napríklad SABOK TAKIN RM a kol. [21] uskutočnili experimenty s kompozitom titán/oceľ valcovaný za tepla s použitím Cu ako medzivrstvy pri rôznych teplotách, čo potláčalo tvorbu intermetalických zlúčenín TiC a Fe Ti, a na rozhraní kompozitu medzi uhlíkovou oceľou a meďou sa nevytvorila žiadna reakčná vrstva. Na kompozitnom rozhraní medzi meďou a titánom sa však vytvorili rôzne intermetalické zlúčeniny Ti Cu, čím sa znížila pevnosť kompozitnej dosky v šmyku.
Titánovo-oceľový kompozitný plech bol pripravený valcovaním za tepla čistého železa DT4 ako medzivrstva. Pri teplote ohrevu 850 stupňov dosiahla kompozitná doska maximálnu pevnosť v šmyku 237 6 MPa; Keď sa teplota zahrievania zvýši na 950 stupňov, na rozhraní kompozitu sa vytvorí hrubá krehká vrstva, čo vedie k výraznému zníženiu pevnosti spojenia kompozitnej dosky. CHAI XY a kol. účinne zabránili tvorbe krehkých fáz na rozhraní kompozitu pridaním dvoch rôznych medzivrstiev, Nb a Mo. Pevnosť v šmyku kompozitnej dosky sa zvýšila o 65 a 20 MPa v porovnaní s nepridaním medzivrstvy. LI BX a kol. [24] pripravili kompozitné dosky z titánovej ocele valcovaním za tepla IF oceľ, V a IF oceľ + V ako medzivrstvy. Štúdia zistila, že na rozhraní kompozitu nebola zistená žiadna krehká fáza, keď sa ako medzivrstva použila IF oceľ + V a pevnosť v šmyku bola vyššia ako pevnosť jedného materiálu ako medzivrstvy, pričom dosiahla 241 pri 900 stupňoch a zníženie rýchlosť 93 % Pri 8 MPa, ako sa teplota ohrevu zvyšuje, hrúbka σ fázy na rozhraní ocele V/IF sa zväčšuje, čím sa výrazne oslabuje pevnosť v šmyku kompozitnej dosky.
Z vyššie uvedeného výskumu možno vidieť, že pri vyšších teplotných podmienkach budú za tepla valcované titánovo/oceľové kompozitné dosky generovať krehké fázy bez ohľadu na to, či je pridané medzivrstvové kompozitné rozhranie, čo vedie k zníženiu kvality spojenia kompozitnej dosky. . Aby sa zabránilo tvorbe krehkých zlúčenín počas vysokoteplotného valcovania a chladenia, Bai Yuliang navrhol schému valcovania titánových/oceľových kompozitných dosiek pomocou vysokofrekvenčného elektromagnetického indukčného ohrevu a dvojstupňovej metódy za studena za tepla. Využitím vysokej rýchlosti ohrevu elektromagnetickej indukcie sa skráti čas ohrevu a reguluje sa zrážanie intermetalických zlúčenín na rozhraní. GUO XW a kol. [26] uskutočnili experimenty valcovania za tepla na kompozitných doskách TC4/304 pomocou metódy asistovanej elektrickým impulzom pri rôznych teplotách a rýchlostiach redukcie. Štúdia ukázala, že použitie valcovania pomocou elektrického impulzu môže účinne podporiť metalurgické spájanie kovov. Vysokokvalitné kompozitné dosky TC4/304 boli úspešne pripravené procesmi valcovania s nižšími teplotami a nižšími rýchlosťami redukcie, s maximálnou pevnosťou v šmyku 286 MPa. V reakcii na problémy pri príprave titánových/oceľových kompozitných dosiek metódou valcovania za tepla tento článok navrhuje použitie čistého železa ako medzivrstvy s využitím dobrej tekutosti čistého železa na zlepšenie deformačných podmienok matrice rozhrania a prípravu vysokovýkonné titánovo/oceľové kompozitné dosky jednoduchým skladaním asymetrických predvalkov pod ochranou inertným plynom a použitím elektromagnetického indukčného ohrevu pri nižších teplotách. Táto metóda nielen zjednodušuje výrobný proces, ale tiež zabraňuje tvorbe krehkých zlúčenín na rozhraní kompozitu využitím charakteristík krátkej rýchlosti ohrevu a nízkej teploty elektromagnetickej indukcie. Tento článok má za cieľ študovať mikroštruktúru a vlastnosti rozhrania titánových/oceľových kompozitných dosiek pripravených indukčným ohrevom a valcovaním s rôznymi hrúbkami DT4 ako medzivrstvami.