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, por lo tanto, TiC se forma más fácilmente en la interfaz. Después de alcanzar el espesor óptimo de la capa continua y uniforme de TiC, es beneficioso mejorar la fuerza de unión de la placa compuesta, pero es difícil de controlar en la producción industrial práctica. Wu Jingyi et al. estudiaron los efectos de agregar diferentes materiales de capa intermedia sobre la microestructura y las propiedades de las placas compuestas de titanio/acero, como la capa intermedia de Ni, la capa intermedia de Fe, la capa intermedia de Nb, etc. Yang et al. estudiaron que bajo diferentes condiciones de temperatura de laminación, la interfaz de la capa intermedia de Ni no formaba compuestos frágiles de TiC y TiFe a 800 grados y 900 grados, con resistencias al corte promedio de 310 MPa y 224 MPa, respectivamente. Xie et al. estudiaron el efecto de la capa intermedia de Nb en la interfaz de placas compuestas de titanio/acero en diferentes condiciones de temperatura de laminación. El estudio mostró que a 800 grados y 900 grados, los compuestos frágiles de TiC y TiFe no se formaron en la interfaz compuesta, y la resistencia al corte promedio alcanzó 279 MPa.
La investigación anterior indica que agregar una capa intermedia puede suprimir eficazmente la difusión de elementos de la interfaz. Sin embargo, la mayoría de los estudios anteriores se basan en experimentos de laboratorio, y los costosos materiales de capa intermedia seleccionados, como Ni y Nb, también limitan sus aplicaciones industriales. Este estudio tiene como objetivo una aplicación industrial, utilizando SL3 como capa intermedia para verificar si se puede lograr la existencia de material de soldadura fuerte durante el proceso de calentamiento por laminación, y luego mediante laminación del compuesto para mejorar la fuerza de unión de la placa compuesta. Basado en la línea de producción real de la empresa, se utiliza el proceso de laminación en vacío para la investigación y se estudian sistemáticamente los efectos de la adición de hierro puro electromagnético DT4 y material de soldadura a base de níquel amorfo SL3 sobre la microestructura y las propiedades de las placas compuestas de titanio/acero.
Este estudio adopta un método de ensamblaje de palanquilla simétrico y apila las palanquillas de acuerdo con la estructura de "capa intermedia de acero, agente aislante de titanio, agente aislante, capa intermedia de acero de titanio". Este método de laminación de compuestos puede prevenir eficazmente la deformación por flexión de la placa compuesta durante el proceso de laminación y mejorar la eficiencia de producción de las placas compuestas de titanio/acero. Se aplica un espaciador con un espesor de aproximadamente 0.3 mm entre el titanio (el espaciador se fabrica calentando y mezclando óxido de magnesio liviano, vidrio soluble y alcohol polivinílico) para evitar la adhesión durante el laminado. La soldadura de sellado de cuatro lados se realiza mediante soldadura por arco sumergido y se perfora un orificio en un extremo en la dirección de rodamiento. Para realizar el vacío se utiliza un grupo de bombas de vacío de primera etapa que consta de una bomba mecánica y una bomba Roots, como se muestra en la Figura 1. Cuando el grado de vacío llega a menos de 5 Pa, se lleva a cabo el sellado y finalmente se envía a la acería. para rodar. El tocho se calienta a 880 grados en un horno de resistencia de mesa, se mantiene durante 4 horas y se lamina 16 veces a una temperatura de laminación de (850 ± 10) grados, con una tasa de compresión general de aproximadamente el 90%.
El muestreo se toma en el borde de la posición media del tocho y, de acuerdo con el estándar GB/T 6396-2008, las propiedades mecánicas del tablero compuesto se prueban utilizando una computadora WAW-600 kW de precisión de nivel 1. -Máquina de ensayo universal electrónica controlada. El rendimiento de corte se determina mediante el método de corte por tensión. La muestra fue pulida y pulida. El lado de acero se corroyó primero con alcohol de ácido nítrico al 4% y luego el lado de titanio se corroyó con una mezcla de ácido fluorhídrico, ácido nítrico y agua (2:1:17). La estructura de la interfaz se observó usando un microscopio metalográfico Axiolab5 (JX32), y la interfaz y la superficie de fractura de la placa compuesta se observaron usando un microscopio electrónico de barrido Axia ChemiSEM LoVac, seguido de un análisis de espectroscopía de dispersión de energía (EDS).
Propiedades mecánicas
La Tabla 2 muestra las propiedades mecánicas de paneles compuestos con diferentes capas intermedias. La resistencia al corte de ambas placas compuestas es superior a los 140 MPa especificados en la norma GB/T 8547-2019. La resistencia al corte de la placa compuesta con capa intermedia DT4 alcanza 187,4 MPa, y la resistencia al corte de la placa compuesta con capa intermedia SL3 es 148,6 MPa. El material de la capa intermedia no tiene un efecto significativo sobre las propiedades de tracción y la energía de absorción de impacto es mayor que los 27 J especificados en el estándar GB/T 700-2006. La energía de absorción de impacto al agregar un sustrato de tablero compuesto de capa intermedia DT4 es ligeramente menor que la de agregar un tablero compuesto de capa intermedia SL3. Se sometieron dos tipos de placas compuestas a pruebas de flexión (flexión interior de 180 grados, flexión exterior de 105 grados) y no se encontraron grietas.
Microestructura
La Figura 2 muestra la microestructura de la interfaz de paneles compuestos con diferentes materiales de capa intermedia. La Figura 2 (a) muestra la microestructura de la interfaz de la placa compuesta con la capa intermedia de DT4 agregada. La estructura de grano en la capa base tiene forma de tira y está compuesta principalmente de ferrita y perlita. Sin embargo, el tamaño de grano en la capa intermedia DT4 es desigual, siendo ferrita sólo algunos granos pequeños y granos gruesos. La plasticidad y tenacidad son pobres y es propenso a fracturarse bajo fuerza cortante en este lugar. La Figura 2 (b) muestra la estructura de interfaz de la placa compuesta con la capa intermedia SL3 agregada. La capa base está compuesta principalmente de perlita y ferrita, con una capa de descarburación con un ancho de aproximadamente 50 μ m en el lado de acero. Se forma una banda de difusión negra gris clara en el lado de titanio, y la estructura en el lado de titanio con un diámetro de aproximadamente 80 µm tiene forma de varilla. Debido a que Fe es un elemento estable de - Ti, la disolución de Fe en Ti reduce la temperatura de transición eutectoide de Ti, y la fase - se nuclea y crece para formar la fase - cuando se enfría. Según la Tabla 1, el contenido de carbono del material sándwich SL3 es relativamente alto, del 0,06%. Es más probable que la difusión del elemento C forme una capa de TiC, y una capa de TiC más gruesa reducirá la fuerza de la unión interfacial.
