Nghiên cứu tính chất của tấm composite titan/thép được chế tạo bằng phương pháp gia nhiệt và cán cảm ứng điện từ

Tấm composite titan / thép không chỉ có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời của titan mà còn có độ bền cao và tính dẫn nhiệt tốt của thép, đồng thời giảm việc sử dụng titan kim loại quý và giảm chi phí sản xuất. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như hóa dầu, thiết bị điện, thiết bị sản xuất muối và kỹ thuật hàng hải. Hiện nay, các phương pháp chính để sản xuất tấm composite thép titan công nghiệp bao gồm phương pháp composite nổ, phương pháp composite cán nổ và phương pháp composite cán nóng. So với các phương pháp gia công khác, tấm composite thép titan được chế tạo bằng phương pháp composite cán nóng có ưu điểm là chất lượng sản phẩm tốt, hiệu quả sản xuất cao và không gây ô nhiễm môi trường. Nó có lợi thế đáng kể trong việc sản xuất tấm composite có diện tích lớn và chiều rộng rộng, đang dần thay thế các phương pháp chuẩn bị khác trong sản xuất công nghiệp. Tuy nhiên, khi gia công tấm composite titan/thép bằng phương pháp composite cán nóng, để tránh quá trình oxy hóa bề mặt composite trong điều kiện nhiệt độ cao, cần sử dụng phương pháp bơm chân không hoặc phương pháp hàn chùm tia điện tử chân không để chuẩn bị phôi để đảm bảo rằng giao diện tổng hợp ở trạng thái chân không. Tuy nhiên, sản xuất phôi chân không có thể có các khuyết tật hàn có thể dẫn đến hỏng chân không, dẫn đến giảm tỷ lệ đạt tiêu chuẩn của sản xuất tấm composite. Hơn nữa, quy trình sản xuất phức tạp và chi phí thiết bị cao đã hạn chế việc thúc đẩy và áp dụng phương pháp cán để sản xuất tấm composite. Ngoài ra, ở nhiệt độ cao, các hợp chất giòn như TiC, FeTi và Fe2Ti dễ dàng được tạo ra ở bề mặt tiếp xúc của tấm composite titan/thép cán nóng trực tiếp, dẫn đến hiệu suất cắt của tấm composite giảm. Hơn nữa, với sự gia tăng nhiệt độ gia nhiệt, loại và độ dày của hợp chất được tạo ra ở bề mặt hỗn hợp tăng lên đáng kể. Sau khi nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ cán đến cường độ tổ hợp của tấm tổ hợp titan/thép
Kết quả chỉ ra rằng ở nhiệt độ cán 850 ~ 1050 độ, khi nhiệt độ cán tăng, số lượng hợp chất được tạo ra ở bề mặt hỗn hợp tăng lên và độ bền cắt giảm đáng kể. Yu Wei và cộng sự. [20] đã tiến hành các thí nghiệm cán composite của titan nguyên chất công nghiệp TA1 và Q345 trong khoảng 840 ~ 930 độ. Nghiên cứu cho thấy tấm composite được cán ở góc 870 độ có hiệu suất tốt hơn. Với sự gia tăng nhiệt độ gia nhiệt, cấu trúc bên titan trải qua quá trình biến đổi pha và nhiều hợp chất liên kim loại được tạo ra ở bề mặt tiếp xúc, làm giảm độ bền cắt của bề mặt.
Để ngăn chặn sự hình thành các hợp chất liên kim loại ở bề mặt hỗn hợp titan/thép trong quá trình cán nóng, một lớp kim loại thích hợp thường được thêm vào giữa titan và thép làm lớp trung gian để cải thiện các điều kiện biến dạng và khuếch tán phối hợp của bề mặt tiếp xúc. Ví dụ, SABOK TAKIN RM và cộng sự. [21] đã tiến hành các thí nghiệm hỗn hợp titan/thép cán nóng sử dụng Cu làm lớp trung gian ở các nhiệt độ khác nhau, giúp ngăn chặn sự hình thành các hợp chất liên kim loại TiC và Fe Ti, và không có lớp phản ứng nào được tạo ra ở bề mặt hỗn hợp giữa thép cacbon và đồng. Tuy nhiên, nhiều hợp chất liên kim loại Ti Cu khác nhau được tạo ra tại bề mặt tiếp xúc tổng hợp giữa đồng và titan, làm giảm độ bền cắt của tấm composite.
Tấm composite titan/thép được chuẩn bị bằng sắt nguyên chất cán nóng DT4 làm lớp trung gian. Ở nhiệt độ gia nhiệt 850 độ, tấm composite đạt cường độ cắt tối đa là 237 6 MPa; Khi nhiệt độ gia nhiệt tăng lên 950 độ, một lớp giòn dày hình thành ở bề mặt hỗn hợp, dẫn đến độ bền liên kết của tấm composite giảm đáng kể. CHAI XY và cộng sự. ngăn chặn một cách hiệu quả sự hình thành các pha giòn ở bề mặt hỗn hợp bằng cách thêm hai lớp trung gian khác nhau là Nb và Mo. Độ bền cắt của tấm composite tăng lần lượt là 65 và 20 MPa so với việc không thêm lớp trung gian. LI BX và cộng sự. [24] đã chuẩn bị các tấm tổ hợp thép titan bằng thép IF cán nóng, V và thép IF+V làm lớp trung gian. Nghiên cứu cho thấy không phát hiện thấy pha giòn ở giao diện hỗn hợp khi thép IF+V được sử dụng làm lớp trung gian và cường độ cắt cao hơn so với vật liệu đơn lẻ làm lớp trung gian, đạt 241 ở 900 độ và giảm tỷ lệ 93% Ở 8 MPa, khi nhiệt độ gia nhiệt tăng, độ dày của pha σ tại giao diện thép V/IF tăng lên, làm suy yếu nghiêm trọng độ bền cắt của tấm composite.
Từ nghiên cứu trên, có thể thấy rằng trong điều kiện nhiệt độ cao hơn, tấm composite titan/thép cán nóng sẽ tạo ra các pha giòn bất kể có thêm giao diện composite lớp trung gian hay không, dẫn đến giảm chất lượng liên kết của tấm composite . Để tránh sự hình thành các hợp chất giòn trong quá trình cán và làm nguội ở nhiệt độ cao, Bai Yuliang đã đề xuất sơ đồ cán các tấm composite titan/thép bằng cách gia nhiệt cảm ứng điện từ tần số cao và phương pháp hai bước nóng lạnh. Bằng cách sử dụng tốc độ gia nhiệt nhanh của cảm ứng điện từ, thời gian gia nhiệt được rút ngắn và sự kết tủa của các hợp chất liên kim loại tại bề mặt được kiểm soát. GUO XW và cộng sự. [26] đã tiến hành thí nghiệm cán nóng trên tấm composite TC4/304 sử dụng phương pháp hỗ trợ xung điện ở nhiệt độ và tốc độ giảm khác nhau. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng cán hỗ trợ xung điện có thể thúc đẩy hiệu quả liên kết luyện kim của kim loại. Các tấm composite TC4/304 chất lượng cao đã được chế tạo thành công trong quá trình cán với nhiệt độ thấp hơn và tốc độ mài mòn thấp hơn, với độ bền cắt tối đa là 286 MPa. Để giải quyết vấn đề chế tạo tấm composite titan/thép bằng phương pháp composite cán nóng, bài báo đề xuất sử dụng sắt nguyên chất làm lớp trung gian, tận dụng tính lưu động tốt của sắt nguyên chất để cải thiện các điều kiện biến dạng của ma trận bề mặt và chuẩn bị Các tấm composite titan/thép hiệu suất cao bằng cách xếp chồng các phôi bất đối xứng một cách đơn giản dưới lớp bảo vệ khí trơ và sử dụng hệ thống gia nhiệt cảm ứng điện từ ở nhiệt độ thấp hơn. Phương pháp này không chỉ đơn giản hóa quy trình sản xuất mà còn tránh sự hình thành các hợp chất giòn ở bề mặt hỗn hợp bằng cách tận dụng các đặc tính của tốc độ gia nhiệt ngắn và nhiệt độ cảm ứng điện từ thấp. Bài viết này nhằm mục đích nghiên cứu cấu trúc vi mô và tính chất bề mặt của tấm composite titan/thép được chế tạo bằng phương pháp gia nhiệt và cán cảm ứng với các lớp trung gian DT4 có độ dày khác nhau.