Качеството на интерфейсното свързване на композитни плочи, заварени с експлозия, е основният фактор, влияещ върху цялостната производителност и безопасността на експлоатация на композитните плочи. Понастоящем изследванията на композитни плочи, заварени с експлозия от титанова стомана у нас и в чужбина, се фокусират главно върху нивото, структурата, механичните свойства, електрохимичните свойства и други аспекти на интерфейса на свързване. Нееднородността на интерфейса, причинена от различни фактори, води до разлики в свойствата на опън, срязване, удар, електрохимични свойства, умора и други свойства между заварени с експлозия композитни плочи и хомогенни облицовки и субстрати.
Изследванията показват, че плоски или вълнообразни интерфейси могат да бъдат получени при различни параметри на процеса, а типичните вълнообразни интерфейси могат да бъдат получени чрез заваряване на различни метални композитни плочи в рамките на подходящи заваръчни прозорци; Високото експлозивно натоварване засилва пластичната деформация на свързващата повърхност, което води до удължаване на зърната в различна степен по посока на експлозията и придружено от образуването на някои нови крехки интерметални фази. Вълнообразният интерфейс, образуван от интензивния метален поток на интерфейса на композитната плоча, заварена с експлозия от титанова стомана, подобрява състоянието на свързване на интерфейса и подобрява характеристиките на срязване на интерфейса на свързване по посока на заваряване с експлозия. Зърната близо до интерфейса на композитните плочи от титанова стомана са много малки и неравномерни по размер и форма; Има ясно регионално разпределение на зърната от интерфейса от страната на субстрата до зоната, далеч от интерфейса, а зърната от страната на обвивката също претърпяват деформация; Стойността на микротвърдостта обикновено е най-висока на повърхността на свързване, тъй като увеличаването на стойността на микротвърдостта се влияе от размера на зърното, пластичната деформация и дори фазовата трансформация. Има адиабатични линии на срязване, известни също като летящи линии, на интерфейса на титания от страната на облицовката. Тази структура се променя при обработка с отгряване при различни температури, докато изчезне. Целта на провеждането на изпитване на механични свойства на композитни плочи от титанова стомана е да се оценят и да се изпълнят показателите за якост на опън, граница на провлачване и якост на срязване на експлозивни композитни плочи от титанова стомана, за да се изпълнят стандартните изисквания. Тази статия взема експлозивната композитна плоча от титанова стомана с промишлен чист титан и субстратна въглеродна стомана като обект на изследване и изучава микроструктурата, структурата, йерархията и механичните свойства на интерфейса на свързване на композитната плоча от титанова стомана. Анализира се влиянието на нееднородността на интерфейса на свързване на композитна плоча от титанова стомана върху механичните свойства на материала, осигурявайки теоретична основа за изчисление на дизайна и инженерно приложение на съдове под налягане, оръжия и оборудване и др.
1. Подбор и подготовка на материали
Използване на титан ASTM B265 Gr.1 като облицовка с дебелина 5 mm; Като субстрат е използвана въглеродна стомана ASTM A516 Gr.70 с дебелина 35 mm. Съгласно ASTM B898-11 (2016), композитните плочи от титанова стомана са подготвени с помощта на метод на експлозивно заваряване. Химическият състав и механичните свойства на субстрата и облицовката са показани съответно в таблици 1-3.
Раздел． 1 Химичен състав на плакирана плоча B265Gr． 1
2. Микроструктура и морфология на интерфейса на свързване на композитна плоча от титанова стомана
Типичната морфология на интерфейса на свързване на композитна плоча от експлозия от титанова стомана е показана на Фигура 1. Интерфейсът на свързване е типична вълнообразна форма с дължина на вълната около 1723,5 μm и височина на вълната около 300 μm, както е показано на Фигура 1 (а). Микроструктурата от обвивката към субстрата по посока, перпендикулярна на дебелината на интерфейса, може да бъде разделена на деформационна микроструктура от страната на облицовката + локална зона на топене → равноосна финозърнеста зона от страната на субстрата (около 21 μ m) → микроструктура на влакнеста деформация зона (около 200 μm) → зона на микроструктура на огъване и усукване (около 108 μm) → зона на оригинална микроструктура (феритни и перлитни ивици).
По време на експлозивно заваряване енергията на експлозива се разпространява под формата на вълни по посока на експлозията. Металната повърхност претърпява силна пластична деформация под действието на ударната вълна и на контактната повърхност се генерира голямо количество топлина, което води до стопяване на метала. Металът тече и генерира струя, образувайки вихър (вижте Фигура 1 (b)), а крайният интерфейс се комбинира във вълнообразна форма. Вихърът обикновено е механична смес, съставена от различни вещества, като метални остатъци, носени от струя, разтопени охлаждащи материали, интерметални съединения и метални зърна на покритието или субстрата в първоначалната позиция. Има дефекти като уловени пори и разхлабени или напукани структури, образувани от бързото втвърдяване във вихъра. Фигура 2 показва морфологията на SEM на различни йерархични области на интерфейса на свързване на композитни плочи от титанова стомана.
(1) Нивата на преход от облицовката към субстрата на интерфейса на композитната плоча, заварена с експлозия от титанова стомана, са както следва: зоната на деформация на страничната структура на облицовката, зоната на локално топене, равноосовата зона на фини зърна, лентата зона с форма на влакна и зона на усукване от страната на субстрата.
(2) В сравнение с оригиналния субстрат, твърдостта на финозърнестия участък от страната на субстрата (3,60 GPa) и локално разтопения участък във вихъра (11,73 GPa) се увеличава най-значително, докато модулът на двата региона се увеличава не се увеличава значително; Твърдостта и модулът в други области показват очевидно неравномерно разпределение, а неравномерната структура на интерфейса за свързване на титанова стомана на различни нива води до неравномерна твърдост и модул на еластичност.
(3) Повлиян от вълните на интерфейса, якостта на опън (578 GPa) на свързващия слой по посока на детонация е между субстрата и обвивката, с най-ниско удължение в сечение (31,5%) и свиване в сечение (40%); Якостта на опън на свързващия слой, перпендикулярен на посоката на детонация (472 GPa) е по-ниска от тази на субстрата и облицовката, с най-ниско удължение при сечение (31,12%) и степен на свиване след счупване (58%) между субстрата и обшивка. Свойствата на опън на тази композитна плоча от титанова стомана са анизотропни.
