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, portanto o TiC é formado mais facilmente na interface. Depois de atingir a espessura ideal da camada contínua e uniforme de TiC, é benéfico melhorar a resistência de ligação da placa composta, mas é difícil de controlar na produção industrial prática. Wu Jingyi et al. estudaram os efeitos da adição de diferentes materiais intercalares na microestrutura e nas propriedades de placas compostas de titânio/aço, como intercamadas Ni, intercamadas Fe, intercamadas Nb, etc. Yang et al. estudaram que sob diferentes condições de temperatura de laminação, a interface da intercamada de Ni não formou compostos frágeis de TiC e TiFe a 800 graus e 900 graus, com resistências médias ao cisalhamento de 310 MPa e 224 MPa, respectivamente. Xie et al. estudaram o efeito da camada intermediária de Nb na interface de placas compostas de titânio/aço sob diferentes condições de temperatura de laminação. O estudo mostrou que a 800 graus e 900 graus, os compostos frágeis de TiC e TiFe não foram formados na interface do compósito, e a resistência média ao cisalhamento atingiu 279 MPa.
A pesquisa acima indica que a adição de uma camada intermediária pode suprimir efetivamente a difusão dos elementos da interface. No entanto, a maioria dos estudos acima são baseados em experimentos de laboratório, e os materiais intercalares caros, como Ni e Nb, selecionados também limitam suas aplicações industriais. Este estudo visa a aplicação industrial, utilizando SL3 como intercamada para verificar se a existência de material de brasagem pode ser alcançada durante o processo de aquecimento da laminação, e depois através da laminação do compósito para melhorar a resistência de ligação da placa composta. Com base na linha de produção real da empresa, o processo de laminação a vácuo é usado para pesquisa, e os efeitos da adição de ferro puro eletromagnético DT4 e material de brasagem à base de níquel amorfo SL3 na microestrutura e propriedades de placas compostas de titânio/aço são estudados sistematicamente.
Este estudo adota um método simétrico de montagem de tarugos e empilha os tarugos de acordo com a estrutura de "agente de isolamento de titânio intercalar de aço agente de isolamento de intercamada de titânio de aço". Este método de laminação composta pode prevenir eficazmente a deformação por flexão da placa composta durante o processo de laminação e melhorar a eficiência da produção de placas compostas de titânio/aço. Um espaçador com espessura de cerca de 0,3 mm é aplicado entre o titânio (o espaçador é feito aquecendo e misturando óxido de magnésio leve, vidro solúvel e álcool polivinílico) para evitar adesão durante a laminação. A soldagem de vedação em quatro lados é realizada por soldagem a arco submerso e um furo é perfurado em uma extremidade na direção de laminação. Para aspiração é utilizado um grupo de bombas de vácuo de primeiro estágio composto por uma bomba mecânica e uma bomba Roots, conforme mostrado na Figura 1. Quando o grau de vácuo atinge menos de 5 Pa, é realizada a selagem e por fim é enviado para a siderúrgica. para rolar. O tarugo é aquecido a 880 graus em um forno de resistência de mesa, mantido por 4 horas e laminado 16 vezes a uma temperatura de laminação de (850 ± 10) graus, com uma taxa de compressão geral de cerca de 90%.
A amostragem é feita na borda da posição intermediária do tarugo e, de acordo com o padrão GB/T 6396-2008, as propriedades mecânicas da placa composta são testadas usando um computador WAW-600 kW de precisão de nível 1 máquina de teste universal eletrônica controlada. O desempenho de cisalhamento é determinado pelo método de cisalhamento por tensão. A amostra foi polida e polida. O lado do aço foi primeiro corroído com álcool de ácido nítrico a 4% e depois o lado do titânio foi corroído com uma mistura de ácido fluorídrico, ácido nítrico e água (2:1:17). A estrutura da interface foi observada usando um microscópio metalográfico Axiolab5 (JX32), e a interface e a superfície de fratura da placa composta foram observadas usando um microscópio eletrônico de varredura Axia ChemiSEM LoVac, seguido por análise de espectroscopia de energia dispersiva (EDS).
Propriedades mecânicas
A Tabela 2 mostra as propriedades mecânicas dos painéis compósitos com diferentes intercamadas. A resistência ao cisalhamento de ambas as placas compostas é superior aos 140 MPa especificados no padrão GB/T 8547-2019. A resistência ao cisalhamento da placa composta com intercamada DT4 atinge 187,4 MPa, e a resistência ao cisalhamento da placa composta com intercamada SL3 é de 148,6 MPa. O material intermediário da camada intermediária não tem efeito significativo nas propriedades de tração e a energia de absorção de impacto é maior que os 27 J especificados no padrão GB/T 700-2006. A energia de absorção de impacto da adição do substrato da placa composta intercamada DT4 é ligeiramente menor do que a da adição da placa composta intercamada SL3. Dois tipos de placas compostas foram submetidos a testes de flexão (flexão interna de 180 graus, flexão externa de 105 graus) e nenhuma trinca foi encontrada.
Microestrutura
A Figura 2 mostra a microestrutura da interface de painéis compósitos com diferentes materiais intercamadas. A Figura 2 (a) mostra a microestrutura de interface da placa composta com a camada intermediária DT4 adicionada. A estrutura do grão na camada base é em forma de faixa, composta principalmente de ferrita e perlita. No entanto, o tamanho do grão na camada intermediária DT4 é irregular, com apenas alguns grãos pequenos e grãos grossos sendo ferrita. A plasticidade e a tenacidade são baixas e é propenso a fraturar sob força de cisalhamento neste local. A Figura 2 (b) mostra a estrutura de interface da placa composta com a camada intermediária SL3 adicionada. A camada base é composta principalmente de perlita e ferrita, com uma camada de descarbonetação com largura de cerca de 50 μm no lado do aço. Uma faixa de difusão preta cinza clara é formada no lado do titânio, e a estrutura no lado do titânio com um diâmetro de cerca de 80 μm é em forma de bastão. Devido ao Fe ser um elemento estável do -Ti, a dissolução do Fe no Ti reduz a temperatura de transição eutetóide do Ti, e a fase - nuclea e cresce para formar a fase - quando resfriada. De acordo com a Tabela 1, o teor de carbono do material sanduíche SL3 é relativamente alto, de 0,06%. É mais provável que a difusão do elemento C forme uma camada de TiC, e uma camada de TiC mais espessa reduzirá a resistência da ligação interfacial.
