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، بنابراین TiC به راحتی در رابط ایجاد می شود. پس از رسیدن به ضخامت بهینه لایه TiC پیوسته و یکنواخت، بهبود استحکام پیوند صفحه کامپوزیت مفید است، اما کنترل آن در تولید صنعتی عملی دشوار است. وو جینگی و همکاران اثرات افزودن مواد بین‌لایه‌ای مختلف بر روی ریزساختار و خواص صفحات کامپوزیت تیتانیوم/فولاد، مانند میان‌لایه نیکل، بین لایه آهن، میان‌لایه Nb و غیره را مطالعه کردند. یانگ و همکاران. بررسی شد که در شرایط مختلف دمای نورد، سطح مشترک لایه میانی نیکل، ترکیبات شکننده TiC و TiFe را در 800 درجه و 900 درجه، با مقاومت برشی متوسط به ترتیب 310 مگاپاسکال و 224 مگاپاسکال تشکیل نمی‌دهد. زی و همکاران اثر لایه میانی Nb بر سطح مشترک صفحات کامپوزیت تیتانیوم/فولاد تحت شرایط مختلف دمای نورد مورد مطالعه قرار گرفت. این مطالعه نشان داد که در دمای 800 درجه و 900 درجه، ترکیبات شکننده TiC و TiFe در سطح مشترک مرکب تشکیل نشدند و میانگین مقاومت برشی به 279 مگاپاسکال رسید.
تحقیقات فوق نشان می دهد که افزودن یک لایه میانی می تواند به طور موثری انتشار عناصر رابط را سرکوب کند. با این حال، بیشتر مطالعات فوق مبتنی بر آزمایش‌های آزمایشگاهی هستند و مواد میان‌لایه‌ای گران‌قیمت مانند Ni و Nb انتخاب شده نیز کاربردهای صنعتی آنها را محدود می‌کنند. هدف این مطالعه کاربرد صنعتی، استفاده از SL3 به عنوان لایه میانی برای بررسی اینکه آیا وجود مواد لحیم کاری را می توان در طول فرآیند گرمایش نورد به دست آورد، و سپس از طریق کامپوزیت نورد برای بهبود استحکام پیوند صفحه کامپوزیت انجام می شود. بر اساس خط تولید واقعی شرکت، فرآیند نورد خلاء برای تحقیقات مورد استفاده قرار می‌گیرد و اثرات افزودن آهن خالص الکترومغناطیسی DT4 و مواد لحیم‌کاری مبتنی بر نیکل آمورف SL3 بر ریزساختار و خواص صفحات کامپوزیت تیتانیوم/فولاد به طور سیستماتیک مورد مطالعه قرار می‌گیرد.
این مطالعه یک روش مونتاژ متقارن بیلت را اتخاذ کرده و شمش ها را با توجه به ساختار "فولاد بین لایه ای تیتانیوم عامل جداسازی تیتانیوم بین لایه ای فولادی" روی هم می چیند. این روش نورد کامپوزیت می تواند به طور موثری از تغییر شکل خمشی صفحه کامپوزیت در طول فرآیند نورد جلوگیری کند و راندمان تولید صفحات کامپوزیت تیتانیوم/فولاد را بهبود بخشد. برای جلوگیری از چسبندگی در طول نورد، یک فاصله‌دهنده با ضخامت حدود 0.3 میلی‌متر بین تیتانیوم اعمال می‌شود (فاصله‌دهنده با حرارت دادن و مخلوط کردن اکسید منیزیم سبک وزن، شیشه آب و پلی‌وینیل الکل ساخته می‌شود). جوشکاری آب بندی چهار طرفه با جوشکاری قوس زیر آب انجام می شود و یک سوراخ در یک انتها در جهت نورد ایجاد می شود. همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، یک گروه پمپ خلاء مرحله اول متشکل از یک پمپ مکانیکی و یک پمپ Roots برای جاروبرقی استفاده می شود. وقتی درجه خلاء به زیر 5 Pa رسید، آب بندی انجام می شود و در نهایت به کارخانه فولاد فرستاده می شود. برای نورد. بیلت در یک کوره مقاومت رومیزی تا دمای 880 درجه حرارت داده می شود، به مدت 4 ساعت نگه داشته می شود و 16 بار در دمای نورد (10 ± 850) درجه، با نرخ تراکم کلی حدود 90 درصد نورد می شود.
نمونه برداری در لبه موقعیت میانی بیلت انجام می شود و طبق استاندارد GB/T 6396-2008، خواص مکانیکی تخته کامپوزیت با استفاده از یک رایانه دقیق سطح 1 WAW-600 کیلووات آزمایش می شود. دستگاه تست جهانی الکترونیکی کنترل شده عملکرد برشی با روش برش کششی تعیین می شود. نمونه صیقل داده و صیقل داده شد. سمت فولاد ابتدا با الکل اسید نیتریک 4 درصد خورده شد و سپس سمت تیتانیوم با مخلوطی از اسید هیدروفلوئوریک، اسید نیتریک و آب خورده شد (2:1:17). ساختار رابط با استفاده از میکروسکوپ متالوگرافی Axiolab5 (JX32) و سطح مشترک و سطح شکست صفحه کامپوزیت با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی Axia ChemiSEM LoVac مشاهده شد و به دنبال آن تجزیه و تحلیل طیف‌سنجی پراکنده انرژی (EDS) انجام شد.
خواص مکانیکی
جدول 2 خواص مکانیکی پانل های کامپوزیت را با لایه های مختلف نشان می دهد. استحکام برشی هر دو صفحه کامپوزیت بیشتر از 140 مگاپاسکال است که در استاندارد GB/T 8547-2019 مشخص شده است. مقاومت برشی صفحه کامپوزیت با لایه میانی DT4 به 187.4 مگاپاسکال می رسد و مقاومت برشی ورق کامپوزیت با لایه SL3 148.6 مگاپاسکال است. مواد لایه میانی تأثیر قابل توجهی بر خواص کششی ندارد و انرژی جذب ضربه بیشتر از 27 J مشخص شده در استاندارد GB/T 700-2006 است. انرژی جذب ضربه اضافه کردن بستر تخته کامپوزیت بین لایه ای DT4 کمی کمتر از اضافه کردن تخته کامپوزیت بین لایه ای SL3 است. دو نوع از صفحات کامپوزیت تحت آزمایش خمش (خمش داخلی 180 درجه، خمش بیرونی 105 درجه) قرار گرفتند و هیچ ترکی یافت نشد.
ریزساختار
شکل 2 ریزساختار رابط پانل های کامپوزیت با مواد بین لایه ای مختلف را نشان می دهد. شکل 2 (الف) ریزساختار رابط صفحه کامپوزیت با لایه میانی DT4 اضافه شده را نشان می دهد. ساختار دانه در لایه پایه نواری شکل است که عمدتاً از فریت و پرلیت تشکیل شده است. با این حال، اندازه دانه در لایه میانی DT4 ناهموار است و تنها برخی از دانه های کوچک و دانه های درشت فریت هستند. پلاستیسیته و چقرمگی ضعیف است و در این مکان تحت نیروی برشی مستعد شکستگی است. شکل 2 (ب) ساختار رابط صفحه کامپوزیت را با لایه میانی SL3 نشان می دهد. لایه پایه عمدتاً از پرلیت و فریت تشکیل شده است که یک لایه کربن زدایی با عرض حدود 5{15}} میکرومتر در سمت فولاد دارد. یک نوار پخش سیاه خاکستری شفاف در سمت تیتانیوم تشکیل شده است و ساختار سمت تیتانیوم با قطر حدود 80 میکرومتر میله ای شکل است. با توجه به اینکه Fe عنصری پایدار از Ti است، انحلال Fe در Ti دمای انتقال یوتکتوئید Ti را کاهش می‌دهد و فاز - هسته می‌شود و وقتی سرد می‌شود، فاز - را تشکیل می‌دهد. با توجه به جدول 1، محتوای کربن مواد ساندویچی SL3 نسبتاً بالا است و 0.06٪ است. انتشار عنصر C به احتمال زیاد لایه TiC را تشکیل می دهد و لایه TiC ضخیم تر استحکام پیوند سطحی را کاهش می دهد.
