钛/钢感应加热轧制复合组织和性能

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钛/钢复合板具备钛的耐蚀性、高强度和轻质等特性并且具有钢的优良力学性能,有着较高的科研价值和十分广阔的应用前景。热轧复合法是国内外生产钛/钢复合板的主要生产方法之一,然而热轧复合制备钛/钢复合板,其工艺流程复杂且生产成本较高,而且高温热轧制备的钛/钢复合板结合界面易生成多种脆性化合物,导致复合板结合强度降低。本文以低碳钢Q235和工业纯钛TA1为研究对象,利用电磁感应加热速度快,温度控制精确的特点,并以质地较软、流动性较好的纯铁为中间层,在氩气保护下对非真空组坯的复合板进行热轧复合,研究加热参数和纯铁中间层厚度对钛/钢复合板结合性能的影响。运用ANSYS软件建立了电磁感应加热有限元模型,对板坯加热过程温度变化及分布进行了数值模拟。模拟分析了不同感应加热参数对复合板各层板坯温度分布的影响。结果表明,随着电流强度的升高,各层板坯不同部位的温差逐渐缩小,电流频率的提高有助于提高感应加热效率,但是高频电流产生的集肤效应明显,导致板坯表面与中心产生较大的温差。根据数值模拟结果,选择了合适的加热参数对板坯进行了感应加热实验,利用测温设备对加热过程中板坯不同位置的温度变化和加热后板坯整体温度分布进行了测试,实验测温结果与模拟的结果基本吻合,验证了数值模拟的准确性。确定了合适的加热参数后进行了钛/钢轧制复合实验。结果发现,加入1mm纯铁中间层感应加热制备的复合板结合界面有效的避免了氧化物和脆性相的生成,且随着电流强度的增加,复合板结合强度随之提升,然而复合界面存在孔洞和间隙等缺陷,复合板的结合强度较低。随着中间层厚度的减小,结合界面的缺陷逐渐减少,其中0.3mm厚中间层复合板剪切强度达到215MPa。复合板剪切断口随着中间层厚度的减小,剪切断裂逐渐从结合界面处向两侧基体过渡。
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