Chất lượng của hiệu suất liên kết giao diện của tấm composite hàn nổ là yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể và an toàn sử dụng của tấm composite. Hiện nay, nghiên cứu về tấm composite hàn nổ bằng thép titan trong và ngoài nước chủ yếu tập trung vào mức độ, cấu trúc, tính chất cơ học, tính chất điện hóa và các khía cạnh khác của giao diện liên kết. Bề mặt không đồng nhất gây ra bởi các yếu tố khác nhau dẫn đến sự khác biệt về độ bền kéo, lực cắt, va đập, điện hóa, độ mỏi và các tính chất khác giữa tấm composite hàn nổ và lớp phủ và nền đồng nhất.
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng có thể thu được các bề mặt phẳng hoặc lượn sóng theo các thông số quy trình khác nhau và các bề mặt lượn sóng điển hình có thể thu được bằng cách hàn các tấm composite kim loại khác nhau trong các cửa sổ hàn thích hợp; Tải trọng nổ cao làm tăng biến dạng dẻo ở bề mặt liên kết, làm cho các hạt kéo dài ở các mức độ khác nhau dọc theo hướng nổ và kèm theo sự hình thành một số pha liên kim loại giòn mới. Giao diện hình sóng được hình thành bởi dòng kim loại cường độ cao tại giao diện của tấm composite hàn nổ bằng thép titan giúp cải thiện tình trạng liên kết của giao diện và nâng cao hiệu suất cắt của giao diện liên kết dọc theo hướng hàn nổ. Các hạt gần bề mặt tiếp giáp của tấm composite thép titan rất nhỏ, kích thước và hình dạng không đồng đều; Có sự phân bố theo vùng rõ ràng của các hạt từ bề mặt tiếp xúc ở phía chất nền đến khu vực ở xa bề mặt và các hạt ở phía lớp phủ cũng bị biến dạng; Giá trị độ cứng vi mô thường cao nhất ở bề mặt liên kết, vì sự gia tăng giá trị độ cứng vi mô bị ảnh hưởng bởi kích thước hạt, biến dạng dẻo và thậm chí cả sự biến đổi pha. Có các đường cắt đoạn nhiệt, còn được gọi là đường bay, ở bề mặt tiếp giáp titan ở mặt ốp. Cấu trúc này thay đổi khi xử lý ủ ở các nhiệt độ khác nhau cho đến khi biến mất. Mục đích của việc tiến hành kiểm tra tính chất cơ lý của tấm composite thép titan là để đánh giá và đáp ứng các chỉ tiêu về độ bền kéo, cường độ chảy, độ bền cắt của tấm composite nổ thép titan, nhằm đáp ứng các yêu cầu tiêu chuẩn. Bài viết này lấy tấm composite nổ thép titan với titan nguyên chất công nghiệp và thép carbon nền làm đối tượng nghiên cứu, đồng thời nghiên cứu cấu trúc vi mô, cấu trúc, thứ bậc và tính chất cơ học của giao diện liên kết của tấm composite thép titan. Ảnh hưởng của sự không đồng nhất của giao diện liên kết của tấm composite thép titan đến các tính chất cơ học của vật liệu được phân tích, cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc tính toán thiết kế và ứng dụng kỹ thuật của bình chịu áp lực, vũ khí và thiết bị, v.v.
1. Lựa chọn và chuẩn bị nguyên liệu
Sử dụng titan ASTM B265 Gr.1 làm lớp phủ, độ dày 5mm; Thép carbon ASTM A516 Gr.70 có độ dày 35 mm được sử dụng làm chất nền. Theo tiêu chuẩn ASTM B898-11 (2016), tấm composite thép titan được chế tạo bằng phương pháp hàn nổ. Thành phần hóa học và tính chất cơ học của chất nền và lớp phủ tương ứng được thể hiện trong Bảng 1-3.
Tab． 1 Thành phần hóa học của tấm ốp B265Gr． 1
2. Cấu trúc vi mô và hình thái của giao diện liên kết của tấm composite thép titan
Hình thái điển hình của giao diện liên kết của tấm composite nổ thép titan được thể hiện trên Hình 1. Giao diện liên kết là hình lượn sóng điển hình với bước sóng khoảng 1723,5 μm và chiều cao sóng khoảng 300 μm, như trong Hình 1 (Một). Cấu trúc vi mô từ lớp phủ đến lớp nền dọc theo hướng vuông góc với độ dày bề mặt có thể được chia thành vi cấu trúc biến dạng ở phía lớp phủ + vùng nóng chảy cục bộ → vùng hạt mịn cân bằng ở phía bề mặt (khoảng 21 μ m) → vi cấu trúc biến dạng sợi vùng vi cấu trúc (khoảng 200 μ m) → vùng vi cấu trúc uốn cong và xoắn (khoảng 108 μ m) → vùng vi cấu trúc ban đầu (sọc ferit và ngọc trai).
Trong quá trình hàn nổ, năng lượng của thuốc nổ được lan truyền dưới dạng sóng dọc theo hướng nổ. Bề mặt kim loại trải qua biến dạng dẻo nghiêm trọng dưới tác động của sóng xung kích và một lượng nhiệt lớn được tạo ra ở bề mặt tiếp xúc, khiến kim loại bị nóng chảy. Kim loại chảy và tạo ra tia, tạo thành xoáy (xem Hình 1 (b)) và giao diện cuối cùng kết hợp thành hình dạng giống như sóng. Xoáy nói chung là một hỗn hợp cơ học bao gồm nhiều chất khác nhau như mảnh vụn kim loại được mang theo bởi tia phản lực, vật liệu làm mát nóng chảy, hợp chất liên kim loại và các hạt kim loại của lớp phủ hoặc chất nền ở vị trí ban đầu. Có những khiếm khuyết như lỗ chân lông bị mắc kẹt và cấu trúc lỏng lẻo hoặc nứt được hình thành do quá trình đông đặc nhanh chóng bên trong dòng xoáy. Hình 2 cho thấy hình thái SEM của các vùng phân cấp khác nhau tại giao diện liên kết của tấm composite thép titan.
(1) Các mức độ chuyển tiếp từ lớp phủ sang lớp nền tại bề mặt tiếp giáp của tấm composite hàn nổ thép titan như sau: vùng biến dạng của kết cấu mặt bên lớp phủ, vùng nóng chảy cục bộ, vùng hạt mịn cân bằng, dải vùng sợi hình và vùng xoắn ở phía nền.
(2) So với nền ban đầu, độ cứng của vùng hạt mịn ở phía nền (3,60 GPa) và vùng nóng chảy cục bộ tại vùng xoáy (11,73 GPa) tăng lên đáng kể nhất, trong khi mô đun của hai vùng thì tăng nhiều nhất. tăng không đáng kể; Độ cứng và mô đun ở các khu vực khác cho thấy sự phân bố không đồng đều rõ ràng và cấu trúc không đồng đều của giao diện liên kết thép titan ở các cấp độ khác nhau dẫn đến độ cứng và mô đun đàn hồi không đồng đều.
(3) Bị ảnh hưởng bởi gợn sóng bề mặt, độ bền kéo (578 GPa) của lớp liên kết dọc theo hướng kích nổ nằm giữa nền và lớp bọc, với độ giãn dài tại tiết diện thấp nhất (31,5%) và độ co rút tại tiết diện (40%); Độ bền kéo của lớp liên kết vuông góc với hướng nổ (472 GPa) thấp hơn so với lớp nền và lớp bọc, với độ giãn dài tại tiết diện thấp nhất (31,12%) và tốc độ co ngót sau khi đứt (58%) giữa lớp nền và lớp phủ. tấm ốp. Đặc tính kéo của tấm composite thép titan này là dị hướng.
