A qualidade do desempenho de ligação da interface das placas compostas soldadas por explosão é o principal fator que afeta o desempenho geral e a segurança do serviço das placas compostas. Atualmente, a pesquisa em placas compostas soldadas por explosão de aço de titânio no país e no exterior concentra-se principalmente no nível, estrutura, propriedades mecânicas, propriedades eletroquímicas e outros aspectos da interface de ligação. A não uniformidade da interface causada por vários fatores leva a diferenças nas propriedades de tração, cisalhamento, impacto, eletroquímica, fadiga e outras propriedades entre placas compostas soldadas por explosão e revestimentos e substratos homogêneos.
A pesquisa mostrou que interfaces planas ou onduladas podem ser obtidas sob diferentes parâmetros de processo, e interfaces onduladas típicas podem ser obtidas soldando placas compostas de metal diferentes dentro de janelas de soldagem apropriadas; A alta carga explosiva intensifica a deformação plástica na interface de ligação, fazendo com que os grãos se alongem em graus variados ao longo da direção da explosão e acompanhado pela formação de algumas novas fases intermetálicas frágeis. A interface em forma de onda formada pelo intenso fluxo de metal na interface da placa composta soldada por explosão de aço de titânio melhora a condição de ligação da interface e aumenta o desempenho de cisalhamento da interface de ligação ao longo da direção da soldagem por explosão. Os grãos próximos à interface das placas compostas de aço de titânio são muito pequenos e irregulares em tamanho e formato; Há uma clara distribuição regional dos grãos desde a interface do lado do substrato até a área distante da interface, e os grãos do lado do revestimento também sofrem deformação; O valor da microdureza é geralmente mais alto na interface de ligação, pois o aumento no valor da microdureza é influenciado pelo tamanho do grão, pela deformação plástica e até mesmo pela transformação de fase. Existem linhas de cisalhamento adiabáticas, também conhecidas como linhas flutuantes, na interface do titânio no lado do revestimento. Esta estrutura muda com o tratamento de recozimento em diferentes temperaturas até desaparecer. O objetivo de realizar testes de propriedades mecânicas em placas compostas de aço titânio é avaliar e atender aos indicadores de resistência à tração, resistência ao escoamento e resistência ao cisalhamento de placas compostas explosivas de aço titânio, a fim de atender aos requisitos padrão. Este artigo toma a placa composta de explosão de aço de titânio com titânio puro industrial e substrato de aço carbono como objeto de pesquisa e estuda a microestrutura, estrutura, hierarquia e propriedades mecânicas da interface de ligação da placa composta de aço de titânio. A influência da não uniformidade da interface de ligação da placa composta de aço titânio nas propriedades mecânicas do material é analisada, fornecendo base teórica para o cálculo de projeto e aplicação de engenharia de vasos de pressão, armas e equipamentos, etc.
1. Seleção e preparação de materiais
Utilizando titânio ASTM B265 Gr.1 como revestimento, com espessura de 5mm; O aço carbono ASTM A516 Gr.70 com espessura de 35 mm é utilizado como substrato. De acordo com ASTM B898-11 (2016), placas compostas de aço titânio foram preparadas usando método de soldagem explosiva. A composição química e as propriedades mecânicas do substrato e do revestimento são mostradas nas Tabelas 1-3, respectivamente.
Guia． 1 Composição química da placa cladeada B265Gr． 1
2.Microestrutura e morfologia da interface de ligação da placa composta de aço titânio
A morfologia típica da interface de ligação da placa composta de explosão de aço de titânio é mostrada na Figura 1. A interface de ligação tem uma forma ondulada típica com um comprimento de onda de cerca de 1723,5 μm e uma altura de onda de cerca de 300 μm, conforme mostrado na Figura 1. (um). A microestrutura do revestimento ao substrato ao longo da direção perpendicular à espessura da interface pode ser subdividida em microestrutura de deformação no lado do revestimento + zona de fusão local → zona equiaxial de granulação fina no lado do substrato (cerca de 21 μm) → microestrutura de deformação fibrosa zona (cerca de 200 μm) → zona de microestrutura de flexão e torção (cerca de 108 μm) → zona de microestrutura original (faixas de ferrita e perlita).
Durante a soldagem explosiva, a energia do explosivo é propagada na forma de ondas ao longo da direção da explosão. A superfície do metal sofre severa deformação plástica sob a ação da onda de choque, e uma grande quantidade de calor é gerada na superfície de contato, fazendo com que o metal derreta. O metal flui e gera um jato, formando um vórtice (ver Figura 1 (b)), e a interface final se combina em forma de onda. Um vórtice é geralmente uma mistura mecânica composta de várias substâncias, como detritos metálicos transportados por um jato, materiais de resfriamento derretidos, compostos intermetálicos e grãos metálicos do revestimento ou substrato na posição original. Existem defeitos como poros presos e estruturas soltas ou rachadas formadas pela rápida solidificação dentro do vórtice. A Figura 2 mostra a morfologia SEM de diferentes regiões hierárquicas na interface de ligação de placas compostas de aço titânio.
(1) Os níveis de transição do revestimento para o substrato na interface da placa composta soldada por explosão de aço de titânio são os seguintes: a zona de deformação da estrutura lateral do revestimento, a zona de fusão local, a zona de grãos finos equiaxiais, a faixa zona de fibra em forma de fibra e zona de torção no lado do substrato.
(2) Em comparação com o substrato original, a dureza da região de granulação fina no lado do substrato (3,60 GPa) e a região localmente fundida no vórtice (11,73 GPa) aumentaram significativamente, enquanto o módulo das duas regiões aumentou. não aumentar significativamente; A dureza e o módulo em outras áreas mostram uma distribuição desigual óbvia, e a estrutura irregular da interface de ligação do aço titânio em vários níveis resulta em dureza e módulo de elasticidade desiguais.
(3) Influenciada pelas ondulações da interface, a resistência à tração (578 GPa) da camada de ligação ao longo da direção de detonação está entre o substrato e o revestimento, com menor alongamento na seção (31,5%) e retração na seção (40%); A resistência à tração da camada de ligação perpendicular à direção de detonação (472 GPa) é inferior à do substrato e revestimento, com menor alongamento na seção (31,12%) e taxa de retração após fratura (58%) entre o substrato e revestimento. As propriedades de tração desta placa composta de aço titânio são anisotrópicas.
