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، وبالتالي يتم تشكيل TiC بسهولة أكبر في الواجهة. بعد الوصول إلى السُمك الأمثل لطبقة TiC المستمرة والموحدة، من المفيد تحسين قوة الترابط للوحة المركبة، لكن من الصعب التحكم فيها في الإنتاج الصناعي العملي. وو جينغيي وآخرون. درس تأثيرات إضافة مواد بينية مختلفة على البنية المجهرية وخصائص الألواح المركبة من التيتانيوم/الصلب، مثل الطبقة البينية Ni، والطبقة البينية Fe، والطبقة البينية Nb، وما إلى ذلك. درس أنه في ظل ظروف درجات حرارة متدحرجة مختلفة، لم تشكل واجهة الطبقة البينية Ni مركبات هشة TiC وTiFe عند 800 درجة و900 درجة، مع متوسط قوة قص تبلغ 310 ميجا باسكال و224 ميجا باسكال، على التوالي. شيه وآخرون. درس تأثير الطبقة البينية Nb على واجهة الألواح المركبة من التيتانيوم / الفولاذ تحت ظروف درجات حرارة متدحرجة مختلفة. أظهرت الدراسة أنه عند درجتي 800 و900 درجة، لم تتشكل مركبات هشة TiC وTiFe عند الواجهة المركبة، وبلغ متوسط قوة القص 279 ميجا باسكال.
تشير الأبحاث المذكورة أعلاه إلى أن إضافة طبقة وسيطة يمكن أن يمنع بشكل فعال انتشار عناصر الواجهة. ومع ذلك، فإن معظم الدراسات المذكورة أعلاه تعتمد على التجارب المعملية، كما أن المواد البينية الباهظة الثمن مثل Ni وNb المختارة تحد أيضًا من تطبيقاتها الصناعية. تهدف هذه الدراسة إلى التطبيق الصناعي، وذلك باستخدام SL3 كطبقة بينية للتحقق مما إذا كان من الممكن تحقيق وجود مادة مختلط أثناء عملية التسخين المتداول، ومن ثم من خلال المركب المتداول لتحسين قوة الترابط للوحة المركبة. استنادًا إلى خط الإنتاج الفعلي للمؤسسة، يتم استخدام عملية الدرفلة الفراغية للبحث، ويتم دراسة تأثيرات إضافة الحديد النقي الكهرومغناطيسي DT4 ومواد اللحام غير المتبلورة القائمة على النيكل SL3 على البنية المجهرية وخصائص الألواح المركبة من التيتانيوم/الفولاذ بشكل منهجي.
تعتمد هذه الدراسة طريقة تجميع القضبان المتناظرة وتكديس الكتل وفقًا لهيكل "عامل عزل طبقة بينية من التيتانيوم وعامل عزل طبقة فولاذية من التيتانيوم". يمكن لطريقة الدرفلة المركبة هذه أن تمنع بشكل فعال تشوه الانحناء للوحة المركبة أثناء عملية الدرفلة وتحسين كفاءة الإنتاج للألواح المركبة من التيتانيوم/الفولاذ. يتم وضع فاصل بسمك حوالي 0.3 مم بين التيتانيوم (يتم تصنيع المباعد عن طريق تسخين وخلط أكسيد المغنسيوم خفيف الوزن، وزجاج الماء، وكحول البولي فينيل) لمنع الالتصاق أثناء التدحرج. يتم تنفيذ لحام الختم ذو الجوانب الأربعة عن طريق اللحام القوسي المغمور، ويتم حفر ثقب في أحد الأطراف في اتجاه التدحرج. يتم استخدام مجموعة مضخة تفريغ المرحلة الأولى المكونة من مضخة ميكانيكية ومضخة Roots للتنظيف بالمكنسة الكهربائية، كما هو موضح في الشكل 1. عندما تصل درجة التفريغ إلى أقل من 5 باسكال، يتم تنفيذ الختم، وفي النهاية يتم إرسالها إلى مصنع الصلب للتداول. يتم تسخين البليت إلى 880 درجة في فرن المقاومة المكتبي، ويتم الاحتفاظ به لمدة 4 ساعات، ويتم دحرجته 16 مرة عند درجة حرارة درفلة تبلغ (850 ± 10) درجة، مع معدل ضغط إجمالي يبلغ حوالي 90٪.
يتم أخذ العينات من حافة الموضع الأوسط للقضيب، ووفقًا لمعيار GB/T 6396-2008، يتم اختبار الخواص الميكانيكية للوح المركب باستخدام كمبيوتر WAW-600 kW بدقة المستوى 1 -آلة اختبار عالمية إلكترونية يتم التحكم فيها. يتم تحديد أداء القص بطريقة القص التوتر. كانت العينة مصقولة ومصقولة. تم تآكل الجانب الفولاذي أولاً بكحول حمض النيتريك بنسبة 4%، ثم تآكل جانب التيتانيوم بخليط من حمض الهيدروفلوريك وحمض النيتريك والماء (2:1:17). تمت ملاحظة بنية الواجهة باستخدام مجهر دراسة المعادن Axiolab5 (JX32)، وتمت ملاحظة السطح البيني وسطح الكسر للوحة المركبة باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح Axia ChemiSEM LoVac، متبوعًا بتحليل التحليل الطيفي المشتت للطاقة (EDS).
الخصائص الميكانيكية
يوضح الجدول 2 الخواص الميكانيكية للألواح المركبة ذات الطبقات البينية المختلفة. قوة القص لكلا اللوحتين المركبتين أكبر من 140 ميجا باسكال المحددة في معيار GB/T 8547-2019. تصل قوة القص للوحة المركبة مع الطبقة البينية DT4 إلى 187.4 ميجا باسكال، وتصل قوة القص للوحة المركبة مع الطبقة البينية SL3 إلى 148.6 ميجا باسكال. ليس لمادة الطبقة البينية المتوسطة أي تأثير كبير على خصائص الشد، وتكون طاقة امتصاص الصدمات أكبر من 27 J المحددة في معيار GB/T 700-2006. إن طاقة امتصاص الصدمات لإضافة ركيزة اللوحة المركبة ذات الطبقة البينية DT4 أقل قليلاً من تلك الخاصة بإضافة اللوحة المركبة ذات الطبقة البينية SL3. تم إخضاع نوعين من الصفائح المركبة لاختبارات الانحناء (الانحناء الداخلي 180 درجة، الانحناء الخارجي 105 درجة)، ولم يتم العثور على أي تشققات.
البنية المجهرية
يوضح الشكل 2 البنية المجهرية لواجهة الألواح المركبة ذات المواد البينية المختلفة. يوضح الشكل 2 (أ) البنية المجهرية للواجهة للوحة المركبة مع إضافة الطبقة البينية DT4. هيكل الحبوب في الطبقة الأساسية على شكل شريط، ويتكون بشكل رئيسي من الفريت والبرليت. ومع ذلك، فإن حجم الحبوب في الطبقة البينية DT4 غير متساوٍ، مع وجود بعض الحبوب الصغيرة والحبوب الخشنة فقط من الفريت. اللدونة والمتانة ضعيفة، وهي عرضة للكسر تحت قوة القص في هذا الموقع. يوضح الشكل 2 (ب) بنية الواجهة للوحة المركبة مع إضافة الطبقة البينية SL3. تتكون الطبقة الأساسية بشكل أساسي من البرليت والفريت، مع طبقة إزالة الكربنة بعرض حوالي 50 ميكرومتر على الجانب الفولاذي. يتم تشكيل شريط انتشار أسود رمادي واضح على جانب التيتانيوم، والهيكل على جانب التيتانيوم الذي يبلغ قطره حوالي 80 ميكرومتر على شكل قضيب. نظرًا لكون Fe عنصرًا مستقرًا في - Ti، فإن انحلال Fe في Ti يقلل من درجة حرارة التحول اليوتيكتويدية لـ Ti، وينمو الطور - وينمو ليشكل الطور - عند تبريده. وفقًا للجدول 1، فإن محتوى الكربون في مادة الساندويتش SL3 مرتفع نسبيًا، حيث يصل إلى 0.06%. من المرجح أن يشكل انتشار عنصر C طبقة TiC، وسوف تقلل طبقة TiC الأكثر سمكًا من قوة الترابط بين الأسطح.
