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~测试与分析~
钛一钢复合板失效原因分析
郭海霞,岳宗洪,王明建
(洛阳船舶材料研究所,河南洛阳471023)
摘要:采用化学成分分析、力学性能测试、断口检验、金相分析及电镜观察等方法对钛一钢复合板复层与基
体脱离的原因进行了分析。结果表明,爆炸复合过程中碰撞能量过高导致复合板界面上形成大块
状钛一铁化合物,其为硬脆相,造成复层与基体的结合力降低而失效。
关键词:钛一钢复合板;界面;Fe2相;Fei相
中图分类号:TG115.2
文献标识码:B
文章编号:1008-1690(2015)02-0054-04
Failure Analysis on Titanium-steel Composite Plate
GUO Haixia, YUE Zonghong, WANG Mingjian
(Luoyang Ship Material Research Institute, Luoyang 471023, Henan China)
Abstract Causes of clad separating from substrate in a titanium-steel composite plate were investigated by means of
hemical composition analysis, mechanical property measurement, fracture test, metallographic examination and
electron microscopic observation. The results indicated that bulk compound, a hard and brittle phase, formed at the
clad-substrate interface due to excessively high impact energy during the explosive cladding, leading in less strong
combination of the clad with the substrate, and thus becoming invalid
Key words: titanium-steel composite plate; interface; Fe, Ti phase; Feti phase
某换热器材料为钛一钢复合板,复层钛为TA1
(厚度为10mm),基层钢为16Mmn(厚度为190mm)
钛一钢爆炸复合后经(540±25)℃去应力处理,探伤
合格方能制作。换热器制作完成后即进行水压试
验,压力约为5MPa。在水压试验过程中发现复层
钛与基层钢界面发生脱层和渗水。本文采用多种检
测方法分析了失效原因。
1检测分析
图1换热器的宏观形貌
1.1宏观形貌
Fig. I Macrograph of the heat exchanger
钛一钢复合板换热器的宏观形貌见图1。观察
表1TA1钛复层的化学成分(质量分数,%)
发现,除边缘外其他区域界面均开裂,中心界面开裂
Table 1 Chemical composition of thet A1 titanium clad
更明显。可见首先开裂部位在中心界面处,中心界
(mass fraction, %
面开裂后引发周围界面开裂直至近边缘处。
C
N
H
O
1.2材质
测试值
0.0250.0190.00850.0010.067
检测了TA1钛复层和16Mn钢基层的化学成
CB/T3620.1-2007≤0.20≤0.08≤0.03≤0.015≤0.18
分、力学性能,结果见表1~表4。从表中结果可
1.3界面剪切性能
知,TAI钛和16Mn钢的化学成分和力学性能均符
1.3.1界面剪切强度
合标准要求。
在换热器边缘界面未开裂处分散取5个剪切试
收稿日期:2014-10-20
作者简介:郭海霞(1981-),女,江苏盐域人,高级工程师,主要从事金相分析及失效分析工作。E-mail
guohaixiayouxiang@126.com
《热处理》2015年第30卷第2期
表216Mn钢基层的化学成分(质量分数,%)
Table 2 Chemical composition of the 16mn steel substrate ( mass fraction,
C
M
Si
S
C
CI
测试值
0.165
1.40
0.304
<0.005
0.012
0.047
0.012
0.018
JB4726-20000.130.191.20~1.600.20~0.60≤0.020≤0.030≤0.30≤0.30
0.25
表3TA1钛复层的力学性能
最低的剪切强度为48MPa,最高的剪切强度为
Table3 Mechanical properties of theta1 titanium clad240MPa,剪切强度数值分散,波动较大。其中有3件
R,/Mpa
R/Mpa
A(%)
不符合标准规定的界面剪切强度≥140MPa的要求。
测试值
275
345
40.3
1.3.2剪切试样金相分析
CB/T3621-200140~310≥240
≥30
为了找出部分剪切强度不合格且数值分散度较
表416Mn钢基层的力学性能
大的原因,对5个剪切试样进行了金相分析。
Table 4 Mechanical properties of the 16mn steel substrate
J1、J3试样的剪切断口的钛侧周围未发现异
R。 /MPA R.MPaA(%)A、(20℃)常,且无钢侧组织。J试样剪切断口的钛侧组织见
测试值
385
51531.054、42、60
图2。J1、J3试样断口钢侧周围未发现异常,且无钛
JB4726-2000275450~600≥20
≥31
侧组织。1试样剪切断口的钢侧组织见图3。因此
样,编号为J~15,结果见表5。从表5可以看出,剪切沿复合板界面的波形发生,界面断口上未发现
J1、J3符合标准要求,J2、4和J5不符合标准要求。异常缺陷。
表5复层一基体界面的剪切强度/MPa
Table 5 Shear strengths of the clad-substrate interface/Mpa
编号
12
14
J5
剪切强度
240
195
81
剪切部位
沿波形剪切沿界面上化合物剪切沿波形剪切沿界面上化合物剪切沿界面上化合物剪切
NB/T47002.3-2009
界面剪切强度≥140MPa
J2、J4和J5试样剪切断口的钛侧发现有破碎的
白色化合物,未观察到钢侧组织。图4为J2试样剪
切断口的钛侧组织。J2、J4和J5试样断口钢侧也发
现有破碎的白色化合物,也未观察到钛侧组织,剪切
沿界面上大块状化合物发生。图5为J2试样剪切
断口钢侧组织。