Kvalita spojování rozhraní výbuchem svařovaných kompozitních desek je hlavním faktorem ovlivňujícím celkový výkon a provozní bezpečnost kompozitních desek. V současné době se výzkum kompozitních desek svařovaných výbuchem z titanové oceli doma i v zahraničí zaměřuje především na úroveň, strukturu, mechanické vlastnosti, elektrochemické vlastnosti a další aspekty spojovacího rozhraní. Nestejnoměrnost rozhraní způsobená různými faktory vede k rozdílům v tahu, smyku, nárazu, elektrochemických, únavových a dalších vlastnostech mezi kompozitními deskami svařovanými výbuchem a homogenním povlakem a substráty.
Výzkum ukázal, že plochá nebo zvlněná rozhraní lze získat za různých parametrů procesu a typická zvlněná rozhraní lze získat svařováním odlišných kovových kompozitních desek ve vhodných svařovacích oknech; Vysoké explozivní zatížení zesiluje plastickou deformaci na spojovacím rozhraní, což způsobuje prodlužování zrn v různé míře podél směru výbuchu a doprovázené tvorbou některých nových křehkých intermetalických fází. Vlnovitě tvarované rozhraní vytvořené intenzivním tokem kovu na rozhraní kompozitní desky z titanové oceli svařované výbuchem zlepšuje stav spojování rozhraní a zvyšuje smykový výkon spojovacího rozhraní ve směru svařování výbuchem. Zrna poblíž rozhraní kompozitních desek z titanové oceli jsou velmi malá a nerovnoměrná ve velikosti a tvaru; Je zde zřetelná regionální distribuce zrn od rozhraní na straně substrátu do oblasti daleko od rozhraní a zrna na straně plátování také podléhají deformaci; Hodnota mikrotvrdosti je obecně nejvyšší na rozhraní pojiva, protože zvýšení hodnoty mikrotvrdosti je ovlivněno velikostí zrna, plastickou deformací a dokonce fázovou transformací. Na titanovém rozhraní na straně pláště jsou adiabatické smykové čáry, známé také jako létající čáry. Tato struktura se žíháním při různých teplotách mění, dokud nezmizí. Účelem provádění zkoušek mechanických vlastností kompozitních desek z titanové oceli je vyhodnotit a splnit ukazatele pevnosti v tahu, meze kluzu a pevnosti ve smyku výbušných kompozitních desek z titanové oceli, aby byly splněny standardní požadavky. Tento článek bere jako výzkumný objekt výbuchovou kompozitní desku z titanové oceli s průmyslově čistým titanem a substrátovou uhlíkovou ocelí a studuje mikrostrukturu, strukturu, hierarchii a mechanické vlastnosti spojovacího rozhraní kompozitní desky z titanové oceli. Je analyzován vliv nestejnoměrnosti vazebného rozhraní kompozitní desky z titanové oceli na mechanické vlastnosti materiálu, poskytující teoretický základ pro konstrukční výpočty a inženýrské aplikace tlakových nádob, zbraní a zařízení atd.
1. Výběr a příprava materiálů
Použití titanu ASTM B265 Gr.1 jako opláštění o tloušťce 5 mm; Jako substrát je použita uhlíková ocel ASTM A516 Gr.70 o tloušťce 35 mm. Podle ASTM B898-11 (2016) byly kompozitní desky z titanové oceli připraveny metodou výbušného svařování. Chemické složení a mechanické vlastnosti substrátu a obkladu jsou uvedeny v tabulkách 1-3.
Tab. 1 Chemické složení plátované desky B265Gr. 1
2.Mikrostruktura a morfologie spojovacího rozhraní kompozitní desky z titanové oceli
Typická morfologie vazebného rozhraní výbuchové kompozitní desky z titanové oceli je znázorněna na obrázku 1. Vazebné rozhraní má typický vlnitý tvar s vlnovou délkou asi 1723,5 μm a výškou vlny asi 300 μm, jak je znázorněno na obrázku 1 (A). Mikrostrukturu od pláště k substrátu ve směru kolmém na tloušťku rozhraní lze rozdělit na deformační mikrostrukturu na straně pláště+místní zóna tání → rovnoosá jemnozrnná zóna na straně substrátu (asi 21 μm) → mikrostruktura vláknité deformace zóna (asi 200 μm) → zóna mikrostruktury ohybu a kroucení (asi 108 μm) → zóna původní mikrostruktury (proužky feritu a perlitu).
Při výbušném svařování se energie výbušniny šíří ve formě vln podél směru exploze. Kovový povrch podléhá silné plastické deformaci působením rázové vlny a na kontaktním povrchu se vytváří velké množství tepla, které způsobuje tavení kovu. Kov proudí a generuje paprsek tvořící vír (viz obrázek 1 (b)) a konečné rozhraní se spojuje do tvaru vlny. Vír je obecně mechanická směs složená z různých látek, jako jsou kovové úlomky nesené proudem, roztavené chladicí materiály, intermetalické sloučeniny a kovová zrna povlaku nebo substrátu v původní poloze. Existují defekty, jako jsou zachycené póry a uvolněné nebo popraskané struktury vzniklé rychlým tuhnutím uvnitř víru. Obrázek 2 ukazuje morfologii SEM různých hierarchických oblastí na spojovacím rozhraní kompozitních desek z titanové oceli.
(1) Úrovně přechodu z pláště na substrát na rozhraní kompozitní desky svařené výbuchem z titanové oceli jsou následující: deformační zóna boční struktury pláště, místní zóna tavení, rovnoosá zóna jemného zrna, pás - tvarovaná vláknitá zóna a torzní zóna na straně substrátu.
(2) Ve srovnání s původním substrátem se nejvýrazněji zvýšila tvrdost jemnozrnné oblasti na straně substrátu (3,60 GPa) a lokálně roztavená oblast ve víru (11,73 GPa), zatímco modul obou oblastí ano. výrazně se nezvýší; Tvrdost a modul v jiných oblastech vykazují zjevně nerovnoměrné rozložení a nerovnoměrná struktura spojovacího rozhraní titanové oceli na různých úrovních má za následek nerovnoměrnou tvrdost a modul pružnosti.
(3) Vlivem zvlnění rozhraní je pevnost v tahu (578 GPa) spojovací vrstvy ve směru detonace mezi substrátem a pláštěm, s nejnižším prodloužením v sekci (31,5 %) a smrštěním v sekci (40 %); Pevnost v tahu spojovací vrstvy kolmé ke směru detonace (472 GPa) je nižší než u substrátu a pláště, s nejnižším prodloužením v řezu (31,12 %) a mírou smrštění po lomu (58 %) mezi substrátem a pláštěm. opláštění. Tahové vlastnosti této kompozitní desky z titanové oceli jsou anizotropní.
