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, torej TiC se najlažje oblikuje na vmesniku. Po doseganju optimalne debeline neprekinjenega in enakomernega sloja TiC je koristno izboljšati trdnost lepljenja kompozitne plošče, vendar je to težko nadzorovati v praktični industrijski proizvodnji. Wu Jingyi et al. proučevali učinke dodajanja različnih vmesnih materialov na mikrostrukturo in lastnosti kompozitnih plošč iz titana/jekla, kot so vmesni sloj Ni, vmesni sloj Fe, vmesni sloj Nb itd. Yang et al. proučevali, da pri različnih temperaturnih pogojih valjanja vmesnik vmesnega sloja Ni ni tvoril krhkih spojin TiC in TiFe pri 800 stopinjah in 900 stopinjah, s povprečno strižno trdnostjo 310 MPa oziroma 224 MPa. Xie et al. proučevali učinek vmesnega sloja Nb na vmesnik kompozitnih plošč iz titana in jekla pri različnih temperaturnih pogojih valjanja. Študija je pokazala, da pri 800 stopinjah in 900 stopinjah krhke spojine TiC in TiFe niso nastale na mejni površini kompozita, povprečna strižna trdnost pa je dosegla 279 MPa.
Zgornja raziskava kaže, da lahko dodajanje vmesne plasti učinkovito zavira širjenje vmesniških elementov. Vendar pa večina zgornjih študij temelji na laboratorijskih poskusih in dragi vmesni materiali, kot sta izbrana Ni in Nb, prav tako omejujejo njihovo industrijsko uporabo. Ta študija je namenjena industrijski uporabi z uporabo SL3 kot vmesnega sloja za preverjanje, ali je med postopkom segrevanja z valjanjem mogoče doseči obstoj materiala za trdo spajkanje, nato pa z valjanjem kompozita za izboljšanje trdnosti lepljenja kompozitne plošče. Na podlagi dejanske proizvodne linije podjetja se za raziskave uporablja postopek vakuumskega valjanja in sistematično preučujejo učinke dodajanja elektromagnetnega čistega železa DT4 in amorfnega niklja na osnovi trdega spajkanja SL3 na mikrostrukturo in lastnosti kompozitnih plošč iz titana/jekla.
Ta študija sprejme metodo simetričnega sestavljanja gredic in zloži gredice v skladu s strukturo "jeklenega vmesnega sloja titanovega izolacijskega sredstva izolacijskega sredstva titanovega vmesnega jekla". Ta metoda valjanja kompozita lahko učinkovito prepreči upogibno deformacijo kompozitne plošče med postopkom valjanja in izboljša učinkovitost proizvodnje kompozitnih plošč iz titana/jekla. Med titan je nameščen distančnik z debelino približno 0,3 mm (distančnik je izdelan s segrevanjem in mešanjem lahkega magnezijevega oksida, vodnega stekla in polivinil alkohola), da se prepreči oprijem med valjanjem. Štiristransko tesnilno varjenje se izvede z obločnim varjenjem, na enem koncu pa se v smeri valjanja izvrta luknja. Skupina vakuumske črpalke prve stopnje, ki jo sestavljata mehanska črpalka in Rootsova črpalka, se uporablja za vakuumiranje, kot je prikazano na sliki 1. Ko stopnja vakuuma doseže pod 5 Pa, se izvede zapiranje in na koncu se pošlje v jeklarno za valjanje. Gredica se segreje na 880 stopinj v namizni uporovni peči, drži 4 ure in se 16-krat valja pri temperaturi valjanja (850 ± 10) stopinj, s skupno stopnjo stiskanja približno 90 %.
Vzorčenje se vzame na robu srednjega položaja gredice in v skladu s standardom GB/T 6396-2008 se mehanske lastnosti kompozitne plošče testirajo z uporabo natančnega računalnika WAW-600 kW stopnje 1 -krmiljen elektronski univerzalni preskusni stroj. Strižna zmogljivost je določena z natezno strižno metodo. Vzorec je bil poliran in poliran. Jekleno stran smo najprej razjedli s 4 % alkoholom dušikove kisline, nato pa še titanovo stran z mešanico fluorovodikove kisline, dušikove kisline in vode (2:1:17). Struktura vmesnika je bila opazovana z uporabo metalografskega mikroskopa Axiolab5 (JX32), vmesnik in površina zloma kompozitne plošče pa sta bili opazovani z uporabo vrstičnega elektronskega mikroskopa Axia ChemiSEM LoVac, čemur je sledila analiza z energijsko disperzijsko spektroskopijo (EDS).
Mehanske lastnosti
Tabela 2 prikazuje mehanske lastnosti kompozitnih plošč z različnimi vmesnimi sloji. Strižna trdnost obeh kompozitnih plošč je večja od 140 MPa, določene v standardu GB/T 8547-2019. Strižna trdnost kompozitne plošče z vmesnim slojem DT4 doseže 187,4 MPa, strižna trdnost kompozitne plošče z vmesnim slojem SL3 pa 148,6 MPa. Material vmesnega vmesnega sloja nima bistvenega vpliva na natezne lastnosti, energija absorpcije udarca pa je večja od 27 J, določenih v standardu GB/T 700-2006. Energija absorpcije udarca pri dodajanju substrata za vmesno kompozitno ploščo DT4 je nekoliko nižja kot pri dodajanju vmesne kompozitne plošče SL3. Dve vrsti kompozitnih plošč sta bili podvrženi upogibnim testom (notranji upogib 180 stopinj, zunanji upogib 105 stopinj) in ni bilo ugotovljenih razpok.
Mikrostruktura
Slika 2 prikazuje mikrostrukturo vmesnika kompozitnih plošč z različnimi vmesnimi materiali. Slika 2 (a) prikazuje mikrostrukturo vmesnika kompozitne plošče z dodanim vmesnim slojem DT4. Zrnata struktura osnovne plasti je v obliki traku, sestavljena predvsem iz ferita in perlita. Vendar pa je velikost zrn v vmesnem sloju DT4 neenakomerna, saj so le nekatera majhna zrna in groba zrna feritna. Plastičnost in žilavost sta slabi in je nagnjen k zlomu pod vplivom strižne sile na tem mestu. Slika 2 (b) prikazuje strukturo vmesnika kompozitne plošče z dodanim vmesnim slojem SL3. Osnovna plast je v glavnem sestavljena iz perlita in ferita, s plastjo za razogljičenje s širino približno 50 μm na jekleni strani. Na strani titana se oblikuje jasen sivo črn difuzijski pas, struktura na strani titana s premerom približno 80 μm pa je v obliki palice. Ker je Fe stabilen element - Ti, raztapljanje Fe v Ti zmanjša temperaturo evtektoidnega prehoda Ti, in - faza nukleira in raste, da tvori - fazo, ko se ohladi. Glede na tabelo 1 je vsebnost ogljika v sendvič materialu SL3 relativno visoka, 0,06 %. Pri difuziji elementa C je večja verjetnost, da bo nastala plast TiC, debelejša plast TiC pa bo zmanjšala trdnost medfazne vezi.
