La calidad del rendimiento de unión de la interfaz de las placas compuestas soldadas por explosión es el factor principal que afecta el rendimiento general y la seguridad del servicio de las placas compuestas. Actualmente, la investigación sobre placas compuestas soldadas por explosión de acero de titanio en el país y en el extranjero se centra principalmente en el nivel, la estructura, las propiedades mecánicas, las propiedades electroquímicas y otros aspectos de la interfaz de unión. La falta de uniformidad de la interfaz causada por varios factores conduce a diferencias en las propiedades de tracción, corte, impacto, electroquímica, fatiga y otras propiedades entre placas compuestas soldadas por explosión y revestimientos y sustratos homogéneos.
Las investigaciones han demostrado que se pueden obtener interfaces planas u onduladas bajo diferentes parámetros de proceso, y que se pueden obtener interfaces onduladas típicas soldando placas compuestas de metales diferentes dentro de ventanas de soldadura apropiadas; La alta carga explosiva intensifica la deformación plástica en la interfaz de unión, provocando que los granos se alarguen en diversos grados a lo largo de la dirección de la explosión y acompañado por la formación de algunas nuevas fases intermetálicas frágiles. La interfaz en forma de onda formada por el intenso flujo de metal en la interfaz de la placa compuesta soldada por explosión de acero de titanio mejora la condición de unión de la interfaz y mejora el rendimiento de corte de la interfaz de unión a lo largo de la dirección de soldadura por explosión. Los granos cerca de la interfaz de las placas compuestas de acero de titanio son muy pequeños y desiguales en tamaño y forma; Hay una clara distribución regional de los granos desde la interfaz en el lado del sustrato hasta el área alejada de la interfaz, y los granos en el lado del revestimiento también sufren deformación; El valor de microdureza es generalmente más alto en la interfaz de unión, ya que el aumento del valor de microdureza está influenciado por el tamaño del grano, la deformación plástica e incluso la transformación de fase. Hay líneas de corte adiabáticas, también conocidas como líneas de vuelo, en la interfaz de titanio en el lado del revestimiento. Esta estructura cambia bajo un tratamiento de recocido a diferentes temperaturas hasta desaparecer. El propósito de realizar pruebas de propiedades mecánicas en placas compuestas de acero de titanio es evaluar y cumplir con los indicadores de resistencia a la tracción, límite elástico y resistencia al corte de las placas compuestas explosivas de acero de titanio, para cumplir con los requisitos estándar. Este artículo toma como objeto de investigación la placa compuesta de explosión de acero de titanio con titanio puro industrial y sustrato de acero al carbono, y estudia la microestructura, estructura, jerarquía y propiedades mecánicas de la interfaz de unión de la placa compuesta de acero de titanio. Se analiza la influencia de la falta de uniformidad de la interfaz de unión de la placa compuesta de acero de titanio en las propiedades mecánicas del material, proporcionando una base teórica para el cálculo del diseño y la aplicación de ingeniería de recipientes a presión, armas y equipos, etc.
1. Selección y preparación de materiales.
Utilizando titanio ASTM B265 Gr.1 como revestimiento, con un espesor de 5 mm; Como sustrato se utiliza acero al carbono ASTM A516 Gr.70 con un espesor de 35 mm. Según ASTM B898-11 (2016), las placas compuestas de acero de titanio se prepararon mediante un método de soldadura explosiva. La composición química y las propiedades mecánicas del sustrato y el revestimiento se muestran en las Tablas 1-3, respectivamente.
Pestaña. 1 Composición química de la placa revestida B265Gr． 1
2.Microestructura y morfología de la interfaz de unión de la placa compuesta de acero de titanio.
La morfología típica de la interfaz de unión de la placa compuesta de explosión de acero de titanio se muestra en la Figura 1. La interfaz de unión tiene una forma ondulada típica con una longitud de onda de aproximadamente 1723,5 μ m y una altura de onda de aproximadamente 300 μ m, como se muestra en la Figura 1. (a). La microestructura desde el revestimiento hasta el sustrato a lo largo de la dirección perpendicular al espesor de la interfaz se puede subdividir en microestructura de deformación en el lado del revestimiento + zona de fusión local → zona equiaxial de grano fino en el lado del sustrato (aproximadamente 21 μ m) → microestructura de deformación fibrosa zona (aproximadamente 200 μ m) → zona de microestructura de flexión y torsión (aproximadamente 108 μ m) → zona de microestructura original (franjas de ferrita y perlita).
Durante la soldadura explosiva, la energía del explosivo se propaga en forma de ondas a lo largo de la dirección de la explosión. La superficie del metal sufre una severa deformación plástica bajo la acción de la onda de choque y se genera una gran cantidad de calor en la superficie de contacto, lo que hace que el metal se derrita. El metal fluye y genera un chorro, formando un vórtice (ver Figura 1 (b)), y la interfaz final se combina en forma de onda. Un vórtice es generalmente una mezcla mecánica compuesta de diversas sustancias, como restos metálicos transportados por un chorro, materiales refrigerantes derretidos, compuestos intermetálicos y granos metálicos del revestimiento o sustrato en la posición original. Hay defectos como poros atrapados y estructuras sueltas o agrietadas formadas por una rápida solidificación dentro del vórtice. La Figura 2 muestra la morfología SEM de diferentes regiones jerárquicas en la interfaz de unión de placas compuestas de acero de titanio.
(1) Los niveles de transición del revestimiento al sustrato en la interfaz de la placa compuesta soldada por explosión de acero de titanio son los siguientes: la zona de deformación de la estructura lateral del revestimiento, la zona de fusión local, la zona de grano fino equiaxial, la tira zona de fibra con forma y la zona de torsión en el lado del sustrato.
(2) En comparación con el sustrato original, la dureza de la región de grano fino en el lado del sustrato (3,60 GPa) y la región localmente fundida en el vórtice (11,73 GPa) aumentaron más significativamente, mientras que el módulo de las dos regiones lo hizo. no aumentar significativamente; La dureza y el módulo en otras áreas muestran una distribución desigual obvia, y la estructura desigual de la interfaz de unión del acero de titanio en varios niveles da como resultado una dureza y un módulo elástico desiguales.
(3) Influido por las ondulaciones de la interfaz, la resistencia a la tracción (578 GPa) de la capa de unión a lo largo de la dirección de detonación se encuentra entre el sustrato y el revestimiento, con el alargamiento en la sección más bajo (31,5%) y la contracción en la sección (40%); La resistencia a la tracción de la capa de unión perpendicular a la dirección de detonación (472 GPa) es menor que la del sustrato y el revestimiento, con el menor alargamiento en sección (31,12%) y una tasa de contracción después de la fractura (58%) entre el sustrato y revestimiento. Las propiedades de tracción de esta placa compuesta de acero de titanio son anisotrópicas.
