Kvaliteta izvedbe spajanja međusklopa kompozitnih ploča zavarenih eksplozijom glavni je faktor koji utječe na ukupnu izvedbu i sigurnost upotrebe kompozitnih ploča. Trenutačno se istraživanje kompozitnih ploča od titanovog čelika zavarenih eksplozijom u zemlji i inozemstvu uglavnom usredotočuje na razinu, strukturu, mehanička svojstva, elektrokemijska svojstva i druge aspekte veznog sučelja. Nejednolikost sučelja uzrokovana raznim čimbenicima dovodi do razlika u vlačnim, posmičnim, udarnim, elektrokemijskim, zamornim i drugim svojstvima između kompozitnih ploča zavarenih eksplozijom i homogenih obloga i podloga.
Istraživanja su pokazala da se ravna ili valovita sučelja mogu dobiti pod različitim procesnim parametrima, a tipična valovita sučelja mogu se dobiti zavarivanjem različitih metalnih kompozitnih ploča unutar odgovarajućih prozora za zavarivanje; Visoko eksplozivno opterećenje pojačava plastičnu deformaciju na veznoj površini, uzrokujući izduživanje zrna u različitim stupnjevima duž smjera eksplozije i popraćeno stvaranjem nekih novih krhkih intermetalnih faza. Sučelje u obliku vala formirano intenzivnim strujanjem metala na sučelju kompozitne ploče od titanovog čelika zavarene eksplozijom poboljšava uvjete lijepljenja sučelja i poboljšava učinak smicanja sučelja spajanja duž smjera zavarivanja eksplozijom. Zrna u blizini sučelja kompozitnih ploča od titan čelika vrlo su mala i nejednake veličine i oblika; Postoji jasna regionalna distribucija zrna od sučelja na strani supstrata do područja daleko od sučelja, a zrna na strani obloge također su podvrgnuta deformaciji; Vrijednost mikrotvrdoće općenito je najviša na veznoj površini, jer na povećanje vrijednosti mikrotvrdoće utječu veličina zrna, plastična deformacija, pa čak i fazna transformacija. Postoje adijabatske linije smicanja, poznate i kao leteće linije, na sučelju titana na strani obloge. Ova se struktura mijenja tijekom tretmana žarenjem na različitim temperaturama sve dok ne nestane. Svrha provođenja ispitivanja mehaničkih svojstava kompozitnih ploča od titanijevog čelika je procijeniti i zadovoljiti pokazatelje vlačne čvrstoće, granice razvlačenja i smične čvrstoće eksplozivnih kompozitnih ploča od titanijevog čelika, kako bi se zadovoljili zahtjevi standarda. Ovaj članak uzima eksplozivnu kompozitnu ploču od titanijevog čelika s industrijskim čistim titanijem i supstratnim ugljičnim čelikom kao objekt istraživanja i proučava mikrostrukturu, strukturu, hijerarhiju i mehanička svojstva vezne površine kompozitne ploče od titanijevog čelika. Analiziran je utjecaj nejednolike vezne površine kompozitne ploče od titan čelika na mehanička svojstva materijala, čime se daje teorijska osnova za proračun dizajna i inženjersku primjenu tlačnih posuda, oružja i opreme itd.
1. Izbor i priprema materijala
Korištenje ASTM B265 Gr.1 titana kao obloge, debljine 5 mm; Kao supstrat koristi se ugljični čelik ASTM A516 Gr.70 debljine 35 mm. Prema ASTM B898-11 (2016), kompozitne ploče od titanovog čelika pripremljene su metodom eksplozivnog zavarivanja. Kemijski sastav i mehanička svojstva podloge i obloge prikazani su u tablicama 1-3.
kartica． 1 Kemijski sastav obložene ploče B265Gr． 1
2. Mikrostruktura i morfologija vezne površine kompozitne ploče od titan čelika
Tipična morfologija veznog sučelja eksplozivne kompozitne ploče od titan čelika prikazana je na slici 1. Vezno sučelje tipičnog je valovitog oblika s valnom duljinom od oko 1723,5 μm i visinom vala od oko 300 μm, kao što je prikazano na slici 1 (a). Mikrostruktura od obloge do podloge duž smjera okomitog na debljinu sučelja može se dalje podijeliti na deformacijsku mikrostrukturu na strani obloge + lokalna zona taljenja → jednakoosna fino zrnata zona na strani podloge (oko 21 μm) → mikrostruktura vlaknaste deformacije zona (oko 200 μ m) → zona mikrostrukture savijanja i uvijanja (oko 108 μ m) → zona izvorne mikrostrukture (pruge ferita i perlita).
Tijekom eksplozivnog zavarivanja, energija eksploziva se širi u obliku valova duž smjera eksplozije. Metalna površina prolazi kroz jaku plastičnu deformaciju pod djelovanjem udarnog vala, a velika količina topline se stvara na kontaktnoj površini, uzrokujući topljenje metala. Metal teče i stvara mlaz, tvoreći vrtlog (vidi sliku 1 (b)), a konačno se sučelje spaja u obliku vala. Vrtlog je općenito mehanička smjesa sastavljena od različitih tvari kao što su metalni ostaci nošeni mlazom, rastopljeni materijali za hlađenje, intermetalni spojevi i metalna zrnca premaza ili podloge na izvornom položaju. Postoje nedostaci kao što su zarobljene pore i labave ili napukle strukture nastale brzim skrućivanjem unutar vrtloga. Slika 2 prikazuje SEM morfologiju različitih hijerarhijskih područja na veznoj površini čeličnih kompozitnih ploča od titana.
(1) Razine prijelaza s obloge na podlogu na sučelju kompozitne ploče od titanskog čelika zavarene eksplozijom su sljedeće: zona deformacije bočne strukture obloge, lokalna zona taljenja, zona finog zrna jednakog sloja, traka -zona vlakana u obliku, te torzijska zona na strani supstrata.
(2) U usporedbi s izvornom podlogom, tvrdoća finozrnatog područja na strani podloge (3,60 GPa) i lokalno otopljenog područja na vrtlogu (11,73 GPa) najviše se povećala, dok je modul dvaju područja ne povećava se značajno; Tvrdoća i modul u drugim područjima pokazuju očiglednu neravnomjernu distribuciju, a nejednaka struktura vezne površine titanijskog čelika na različitim razinama rezultira nejednakom tvrdoćom i modulom elastičnosti.
(3) Pod utjecajem mreškanja sučelja, vlačna čvrstoća (578 GPa) veznog sloja duž smjera detonacije nalazi se između supstrata i obloge, s najmanjim istezanjem na presjeku (31,5%) i skupljanjem na presjeku (40%); Vlačna čvrstoća veznog sloja okomito na smjer detonacije (472 GPa) manja je od čvrstoće supstrata i obloge, s najnižim istezanjem na presjeku (31,12%) i stopom skupljanja nakon loma (58%) između supstrata i oblaganje. Vlačna svojstva ove kompozitne ploče od titan čelika su anizotropna.
