Istraživanje svojstava kompozitnih ploča od titanijuma i čelika pripremljenih elektromagnetnim indukcijskim zagrijavanjem i valjanjem

Kompozitne ploče od titanijuma i čelika ne samo da imaju odličnu otpornost na koroziju od titanijuma, već imaju i visoku čvrstoću i dobru toplotnu provodljivost čelika, dok smanjuju upotrebu plemenitog metala titanijuma i smanjuju troškove proizvodnje. Oni se široko koriste u poljima kao što su petrokemija, elektroenergetska oprema, oprema za proizvodnju soli i brodsko inženjerstvo. Trenutno, glavne metode za industrijsku proizvodnju kompozitnih ploča od titan čelika uključuju eksplozivnu kompozitnu metodu, metodu kompozita eksplozivnog valjanja i kompozitnu metodu toplog valjanja. U poređenju sa drugim metodama pripreme, kompozitna ploča od titanijumskog čelika pripremljena metodom kompozita toplog valjanja ima prednosti dobrog kvaliteta proizvoda, visoke proizvodne efikasnosti i bez zagađenja životne sredine. Ima značajne prednosti u proizvodnji kompozitnih ploča velike površine i široke širine, te postepeno zamjenjuje druge metode pripreme u industrijskoj proizvodnji. Međutim, kada se kompozitne ploče titan/čelik pripremaju metodom kompozita toplog valjanja, kako bi se izbjegla oksidacija kompozitnog interfejsa u uvjetima visoke temperature, potrebno je koristiti metodu vakuumskog pumpanja ili metodu vakuumskog zavarivanja elektronskim snopom za pripremu gredice kako bi se osiguralo da kompozitni interfejs je u vakuumskom stanju. Međutim, proizvodnja vakuumskih gredica može imati defekte u zavarivanju koji mogu dovesti do kvara vakuuma, što rezultira smanjenjem stope kvalifikacije proizvodnje kompozitnih ploča. Osim toga, složen proizvodni proces i visoki troškovi opreme ograničavaju promociju i primjenu metode valjanja za proizvodnju kompozitnih ploča. Osim toga, pri visokim temperaturama, lomljiva jedinjenja kao što su TiC, FeTi i Fe2Ti se lako stvaraju na interfejsu direktno toplo valjanih kompozitnih ploča od titanijum/čelika, što dovodi do smanjenja performansi smicanja kompozitnih ploča. Štaviše, sa povećanjem temperature zagrijavanja, vrste i debljina spojeva koji nastaju na spoju kompozita značajno se povećavaju. Nakon proučavanja utjecaja temperature valjanja na kompozitnu čvrstoću kompozitnih ploča titan/čelik
Rezultati pokazuju da pri temperaturi kotrljanja od 850~1050 stepeni, kako temperatura valjanja raste, broj spojeva koji nastaju na spoju kompozita raste, a čvrstoća na smicanje pokazuje značajno smanjenje. Yu Wei et al. [20] su izveli eksperimente kotrljanja kompozita industrijskog čistog titanijuma TA1 i Q345 u opsegu od 840~930 stepeni. Studija je pokazala da je kompozitna ploča valjana na 870 stepeni imala bolje performanse. Sa povećanjem temperature zagrijavanja, bočna struktura titanijuma je podvrgnuta faznoj transformaciji, a više intermetalnih spojeva je generirano na međumeđu, smanjujući smičnu čvrstoću površine.
Kako bi se suzbilo stvaranje intermetalnih spojeva na spoju titan/čelik tokom vrućeg valjanja, između titana i čelika se obično dodaje odgovarajući metalni sloj kao međusloj kako bi se poboljšali koordinirani uvjeti deformacije i difuzije međusloja. Na primjer, SABOK TAKIN RM et al. [21] proveli su eksperimente toplovaljanog kompozita titan/čelik koristeći Cu kao međusloj na različitim temperaturama, što je potisnulo stvaranje TiC i Fe Ti intermetalnih spojeva, a na kompozitnoj granici između ugljičnog čelika i bakra nije nastao reakcijski sloj. Međutim, različita Ti Cu intermetalna jedinjenja nastala su na kompozitnoj granici između bakra i titana, smanjujući smičnu čvrstoću kompozitne ploče.
Kompozitna ploča titan/čelik pripremljena je vrućim valjanjem čistog željeza DT4 kao međusloja. Pri temperaturi grijanja od 850 stepeni kompozitna ploča je postigla maksimalnu čvrstoću na smicanje od 237 6 MPa; Kako se temperatura zagrijavanja povećava na 950 stupnjeva, stvara se debeli krhki sloj na spoju kompozita, što rezultira značajnim smanjenjem čvrstoće vezivanja kompozitne ploče. CHAI XY et al. efikasno spriječio stvaranje krhkih faza na spoju kompozita dodavanjem dva različita međusloja, Nb i Mo. Smična čvrstoća kompozitne ploče porasla je za 65 odnosno 20 MPa, u usporedbi s nedodavanjem međusloja. LI BX et al. [24] pripremljene kompozitne ploče od titan čelika vrućim valjanjem IF čelika, V i IF čelik+V kao međuslojevi. Studija je otkrila da nije otkrivena krhka faza na kompozitnom međusloju kada je IF čelik+V korišćen kao međusloj, a čvrstoća na smicanje je bila veća od one kod jednog materijala kao međusloja, dostižući 241 na 900 stepeni i smanjenje stopa od 93% Na 8 MPa, kako se temperatura zagrijavanja povećava, debljina σ faze na V/IF čeličnom interfejsu se povećava, ozbiljno slabeći posmičnu čvrstoću kompozitne ploče.
Iz gore navedenog istraživanja može se vidjeti da će pod višim temperaturnim uvjetima toplo valjane kompozitne ploče od titana/čelika generirati krhke faze bez obzira na to da li je dodat kompozitni interfejs srednjeg sloja, što dovodi do smanjenja kvalitete spajanja kompozitne ploče. . Da bi se izbjeglo stvaranje krhkih jedinjenja tokom procesa valjanja i hlađenja na visokim temperaturama, Bai Yuliang je predložio shemu valjanja kompozitnih ploča od titanijum/čelik korištenjem visokofrekventnog elektromagnetnog indukcijskog grijanja i hladno vruće dvostepene metode. Korišćenjem velike brzine zagrevanja elektromagnetne indukcije, vreme grejanja se skraćuje i kontroliše se taloženje intermetalnih jedinjenja na interfejsu. GUO XW et al. [26] proveli su eksperimente vrućeg valjanja na kompozitnim pločama TC4/304 koristeći metodu potpomognute električnim impulsom pri različitim temperaturama i brzinama redukcije. Studija je pokazala da upotreba valjanja uz pomoć električnih impulsa može učinkovito promovirati metalurško vezivanje metala. Visokokvalitetne kompozitne ploče TC4/304 uspješno su pripremljene u procesima valjanja s nižim temperaturama i nižim stopama redukcije, uz maksimalnu čvrstoću na smicanje od 286 MPa. Kao odgovor na probleme u pripremi kompozitnih ploča titan/čelik metodom kompozita vrućeg valjanja, ovaj rad predlaže korištenje čistog željeza kao međusloja, korištenje dobre fluidnosti čistog željeza za poboljšanje uvjeta deformacije matrice međusloja i pripremu kompozitne ploče od titanijum/čelik visokih performansi jednostavnim slaganjem asimetričnih gredica pod zaštitom inertnog gasa i korišćenjem elektromagnetnog indukcionog grejanja na nižim temperaturama. Ova metoda ne samo da pojednostavljuje proces proizvodnje, već i izbjegava stvaranje krhkih jedinjenja na kompozitnom interfejsu koristeći karakteristike kratke brzine zagrijavanja i niske temperature elektromagnetne indukcije. Ovaj rad ima za cilj proučavanje mikrostrukture i svojstava međusloja titan/čelik kompozitnih ploča pripremljenih indukcijskim zagrijavanjem i valjanjem s različitim debljinama DT4 kao međuslojevima.