Изследване на свойствата на композитни плочи от титан/стомана, получени чрез електромагнитно индукционно нагряване и валцуване

Композитните плочи от титан/стомана не само имат отличната устойчивост на корозия на титана, но също така имат висока якост и добра топлопроводимост на стоманата, като същевременно намаляват използването на благороден метал титан и понижават производствените разходи. Те се използват широко в области като нефтохимия, енергийно оборудване, оборудване за производство на сол и морско инженерство. Понастоящем основните методи за промишлено производство на композитни плочи от титанова стомана включват експлозивен композитен метод, експлозивен валцуван композитен метод и горещо валцуван композитен метод. В сравнение с други методи за подготовка, композитната плоча от титанова стомана, приготвена чрез горещо валцуван композитен метод, има предимствата на добро качество на продукта, висока производствена ефективност и липса на замърсяване на околната среда. Той има значителни предимства при производството на композитни плочи с голяма площ и широка ширина и постепенно измества други методи за подготовка в промишленото производство. Въпреки това, когато се подготвят композитни плочи от титан/стомана, като се използва композитен метод на горещо валцуване, за да се избегне окисляването на композитния интерфейс при условия на висока температура, е необходимо да се използва метод на вакуумно изпомпване или метод на вакуумно електронно лъчево заваряване за подготовка на заготовката, за да се гарантира, че композитният интерфейс е във вакуумно състояние. Производството на вакуумни заготовки обаче може да има заваръчни дефекти, които могат да доведат до повреда на вакуума, което води до намаляване на степента на квалификация на производството на композитни плочи. Освен това сложният производствен процес и високите разходи за оборудване ограничават насърчаването и прилагането на метода на валцуване за производство на композитни плочи. В допълнение, при високи температури крехки съединения като TiC, FeTi и Fe2Ti лесно се генерират на границата на директно горещо валцувани композитни плочи от титан/стомана, което води до намаляване на характеристиките на срязване на композитните плочи. Освен това, с повишаването на температурата на нагряване, видовете и дебелината на съединенията, генерирани на композитния интерфейс, се увеличават значително. След изследване на ефекта от температурата на валцоване върху якостта на композита на композитни плочи от титан/стомана
Резултатите показват, че при температура на валцоване от 850~1050 градуса, тъй като температурата на валцоване се повишава, броят на съединенията, генерирани на композитния интерфейс, се увеличава и якостта на срязване показва значително намаление. Yu Wei и др. [20] проведоха експерименти с валцовани композитни материали от промишлен чист титан TA1 и Q345 в диапазона от 840~930 градуса. Проучването установи, че композитната плоча, навита на 870 градуса, има по-добра производителност. С повишаването на температурата на нагряване, титановата странична структура претърпя фазова трансформация и повече интерметални съединения бяха генерирани на интерфейса, намалявайки якостта на срязване на интерфейса.
За да се потисне образуването на интерметални съединения на композитния интерфейс титан/стомана по време на горещо валцуване, обикновено се добавя подходящ метален слой между титан и стомана като междинен слой за подобряване на координираните условия на деформация и дифузия на интерфейса. Например, SABOK TAKIN RM et al. [21] провеждат горещо валцувани композитни експерименти от титан/стомана, използвайки Cu като междинен слой при различни температури, което потиска образуването на TiC и Fe Ti интерметални съединения и не се генерира реакционен слой на композитния интерфейс между въглеродна стомана и мед. Въпреки това, различни Ti Cu интерметални съединения се генерират на композитния интерфейс между мед и титан, намалявайки якостта на срязване на композитната плоча.
Композитна плоча от титан/стомана се получава чрез горещо валцуване на чисто желязо DT4 като междинен слой. При температура на нагряване от 850 градуса, композитната плоча постигна максимална якост на срязване от 237 6 MPa; Тъй като температурата на нагряване се повишава до 950 градуса, на композитния интерфейс се образува дебел крехък слой, което води до значително намаляване на якостта на свързване на композитната плоча. CHAI XY и др. ефективно предотвратява образуването на крехки фази на композитния интерфейс чрез добавяне на два различни междинни слоя, Nb и Mo. Якостта на срязване на композитната плоча се увеличава съответно с 65 и 20 MPa в сравнение с липсата на добавяне на междинен слой. LI BX и др. [24] подготвени композитни плочи от титанова стомана чрез горещо валцуване IF стомана, V и IF стомана+V като междинни слоеве. Проучването установи, че не е открита крехка фаза на композитния интерфейс, когато IF стомана+V е използвана като междинен слой, а якостта на срязване е по-висока от тази на единичен материал като междинен слой, достигайки 241 при 900 градуса и намаление скорост от 93% При 8 MPa, с повишаване на температурата на нагряване, дебелината на σ фазата на границата V/IF стомана се увеличава, което силно отслабва якостта на срязване на композитната плоча.
От горното изследване може да се види, че при по-високи температурни условия горещовалцуваните композитни плочи от титан/стомана ще генерират крехки фази, независимо дали е добавен междинен слой композитен интерфейс, което води до намаляване на качеството на свързване на композитната плоча . За да се избегне образуването на крехки съединения по време на високотемпературни процеси на валцуване и охлаждане, Bai Yuliang предложи схема за валцуване на композитни плочи от титан/стомана, използвайки високочестотно електромагнитно индукционно нагряване и студен горещ двуетапен метод. Чрез използване на бързата скорост на нагряване на електромагнитната индукция, времето за нагряване се съкращава и утаяването на интерметалните съединения на интерфейса се контролира. GUO XW и др. [26] провеждат експерименти с горещо валцуване върху композитни плочи TC4/304, използвайки метода с помощта на електрически импулс при различни температури и скорости на редукция. Проучването показа, че използването на електроимпулсно валцуване може ефективно да насърчи металургичното свързване на метали. Висококачествените композитни плочи TC4/304 бяха успешно подготвени при процеси на валцуване с по-ниски температури и по-ниски скорости на редукция, с максимална якост на срязване от 286 MPa. В отговор на проблемите при подготовката на композитни плочи от титан/стомана чрез горещо валцуван композитен метод, тази статия предлага използването на чисто желязо като междинен слой, като се използва добрата течливост на чистото желязо за подобряване на условията на деформация на интерфейсната матрица и подготовка високоефективни композитни плочи от титан/стомана чрез просто подреждане на асиметрични заготовки под защита от инертен газ и използване на електромагнитно индукционно нагряване при по-ниски температури. Този метод не само опростява производствения процес, но също така избягва образуването на крехки съединения на композитния интерфейс чрез използване на характеристиките на къса скорост на нагряване и ниска температура на електромагнитна индукция. Тази статия има за цел да проучи микроструктурата и свойствата на интерфейса на композитни плочи от титан/стомана, приготвени чрез индукционно нагряване и валцуване с различни дебелини на DT4 като междинни слоеве.