Kvalita spojovacieho výkonu kompozitných dosiek zváraných výbuchom je hlavným faktorom ovplyvňujúcim celkový výkon a prevádzkovú bezpečnosť kompozitných dosiek. V súčasnosti sa výskum kompozitných dosiek zváraných výbuchom z titánovej ocele doma aj v zahraničí zameriava najmä na úroveň, štruktúru, mechanické vlastnosti, elektrochemické vlastnosti a ďalšie aspekty rozhrania spájania. Nerovnomernosť rozhrania spôsobená rôznymi faktormi vedie k rozdielom v ťahových, šmykových, nárazových, elektrochemických, únavových a iných vlastnostiach medzi explóziou zváranými kompozitnými doskami a homogénnym povlakom a substrátmi.
Výskum ukázal, že ploché alebo zvlnené rozhrania možno získať pri rôznych procesných parametroch a typické zvlnené rozhrania možno získať zváraním odlišných kovových kompozitných dosiek v rámci vhodných zváracích okien; Vysoké výbušné zaťaženie zintenzívňuje plastickú deformáciu na spojovacom rozhraní, čo spôsobuje predlžovanie zŕn v rôznej miere pozdĺž smeru výbuchu a sprevádzané tvorbou niektorých nových krehkých intermetalických fáz. Rozhranie v tvare vlny tvorené intenzívnym tokom kovu na rozhraní kompozitnej dosky zváranej výbuchom z titánovej ocele zlepšuje stav spojenia rozhrania a zvyšuje šmykový výkon spojovacieho rozhrania pozdĺž smeru zvárania výbuchom. Zrná v blízkosti rozhrania kompozitných dosiek z titánovej ocele sú veľmi malé a nerovnomerné vo veľkosti a tvare; Je tu zreteľná regionálna distribúcia zŕn od rozhrania na strane substrátu po oblasť vzdialenú od rozhrania a zrná na strane plášťa tiež podliehajú deformácii; Hodnota mikrotvrdosti je vo všeobecnosti najvyššia na spojovacom rozhraní, pretože zvýšenie hodnoty mikrotvrdosti je ovplyvnené veľkosťou zŕn, plastickou deformáciou a dokonca fázovou transformáciou. Na titánovom rozhraní na strane plášťa sa nachádzajú adiabatické šmykové čiary, známe tiež ako letmé čiary. Táto štruktúra sa mení žíhaním pri rôznych teplotách, až kým nezmizne. Účelom testovania mechanických vlastností kompozitných dosiek z titánovej ocele je vyhodnotiť a splniť ukazovatele pevnosti v ťahu, medze klzu a pevnosti v šmyku výbušných kompozitných dosiek z titánovej ocele, aby boli splnené štandardné požiadavky. Tento článok berie ako výskumný objekt titánovú oceľovú výbušnú dosku s priemyselne čistým titánom a substrátovou uhlíkovou oceľou a študuje mikroštruktúru, štruktúru, hierarchiu a mechanické vlastnosti spojovacieho rozhrania titánovej oceľovej kompozitnej dosky. Analyzuje sa vplyv nerovnomernosti spojovacieho rozhrania kompozitnej dosky z titánovej ocele na mechanické vlastnosti materiálu, čím sa získa teoretický základ pre návrhový výpočet a inžiniersku aplikáciu tlakových nádob, zbraní a zariadení atď.
1. Výber a príprava materiálov
Použitie titánu ASTM B265 Gr.1 ako opláštenia s hrúbkou 5 mm; Ako podklad je použitá uhlíková oceľ ASTM A516 Gr.70 s hrúbkou 35 mm. Podľa ASTM B898-11 (2016) boli kompozitné dosky z titánovej ocele pripravené metódou výbušného zvárania. Chemické zloženie a mechanické vlastnosti substrátu a obkladu sú uvedené v tabuľkách 1-3.
Tab. 1 Chemické zloženie plátovaného plechu B265Gr. 1
2. Mikroštruktúra a morfológia spojovacieho rozhrania kompozitnej dosky z titánovej ocele
Typická morfológia spojovacieho rozhrania výbuchovej kompozitnej dosky z titánovej ocele je znázornená na obrázku 1. Spojovacie rozhranie má typický vlnitý tvar s vlnovou dĺžkou približne 1723,5 μm a výškou vlny približne 300 μm, ako je znázornené na obrázku 1 (a). Mikroštruktúru od plášťa k substrátu v smere kolmom na hrúbku rozhrania možno rozdeliť na deformačnú mikroštruktúru na strane plášťa + lokálna zóna tavenia → rovnoosová jemnozrnná zóna na strane substrátu (asi 21 μm) → mikroštruktúra vláknitej deformácie zóna (asi 200 μm) → zóna mikroštruktúry ohybu a skrúcania (asi 108 μm) → zóna pôvodnej mikroštruktúry (pruhy feritu a perlitu).
Pri výbušnom zváraní sa energia trhaviny šíri vo forme vĺn pozdĺž smeru výbuchu. Kovový povrch podlieha silnej plastickej deformácii pôsobením rázovej vlny a na kontaktnom povrchu sa vytvára veľké množstvo tepla, ktoré spôsobuje roztavenie kovu. Kov prúdi a vytvára prúd, ktorý vytvára vír (pozri obrázok 1 (b)) a konečné rozhranie sa spája do tvaru vlny. Vír je vo všeobecnosti mechanická zmes zložená z rôznych látok, ako sú kovové úlomky unášané prúdom, roztavené chladiace materiály, intermetalické zlúčeniny a kovové zrná povlaku alebo substrátu v pôvodnej polohe. Existujú defekty, ako sú zachytené póry a uvoľnené alebo popraskané štruktúry vytvorené rýchlym stuhnutím vo vnútri víru. Obrázok 2 ukazuje morfológiu SEM rôznych hierarchických oblastí na rozhraní spájania kompozitných dosiek z titánovej ocele.
(1) Úrovne prechodu z plášťa k substrátu na rozhraní titánovej ocele výbuchom zváranej kompozitnej dosky sú nasledovné: deformačná zóna bočnej konštrukcie plášťa, lokálna zóna tavenia, rovnoosová zóna s jemnými zrnami, pás - tvarovaná vláknitá zóna a torzná zóna na strane substrátu.
(2) V porovnaní s pôvodným substrátom sa najvýraznejšie zvýšila tvrdosť jemnozrnnej oblasti na strane substrátu (3,60 GPa) a lokálne roztavenej oblasti vo vortexe (11,73 GPa), zatiaľ čo modul oboch oblastí sa zvýšil. výrazne sa nezvýši; Tvrdosť a modul v iných oblastiach vykazujú zrejmé nerovnomerné rozloženie a nerovnomerná štruktúra spojovacieho rozhrania titánovej ocele na rôznych úrovniach má za následok nerovnomernú tvrdosť a modul pružnosti.
(3) Vplyvom zvlnenia rozhrania je pevnosť v ťahu (578 GPa) spojovacej vrstvy v smere detonácie medzi substrátom a plášťom, s najnižším predĺžením v sekcii (31,5 %) a zmrštením v sekcii (40 %); Pevnosť v ťahu spojovacej vrstvy kolmo na smer detonácie (472 GPa) je nižšia ako pevnosť substrátu a plášťa, s najnižším predĺžením v reze (31,12 %) a mierou zmrštenia po zlome (58 %) medzi substrátom a plášťom. obklad. Ťahové vlastnosti tejto kompozitnej dosky z titánovej ocele sú anizotropné.
