RU2463139C1 - Method of producing titanium-steel composite material - Google Patents

Method of producing titanium-steel composite material Download PDF

Info

Publication number
RU2463139C1
RU2463139C1 RU2011114484/02A RU2011114484A RU2463139C1 RU 2463139 C1 RU2463139 C1 RU 2463139C1 RU 2011114484/02 A RU2011114484/02 A RU 2011114484/02A RU 2011114484 A RU2011114484 A RU 2011114484A RU 2463139 C1 RU2463139 C1 RU 2463139C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layers
steel
titanium
welding
layer
Prior art date
Application number
RU2011114484/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Павлович Трыков (RU)
Юрий Павлович Трыков
Сергей Петрович Писарев (RU)
Сергей Петрович Писарев
Леонид Моисеевич Гуревич (RU)
Леонид Моисеевич Гуревич
Виктор Георгиевич Шморгун (RU)
Виктор Георгиевич Шморгун
Вера Николаевна Арисова (RU)
Вера Николаевна Арисова
Вячеслав Фёдорович Казак (RU)
Вячеслав Фёдорович Казак
Олег Сергеевич Киселёв (RU)
Олег Сергеевич Киселёв
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ)
Priority to RU2011114484/02A priority Critical patent/RU2463139C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2463139C1 publication Critical patent/RU2463139C1/en

Links

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention may be used for production of wear proof materials with the help of explosive power, in particular, pairs of friction, braking devices, etc to be operated in aggressive media. Explosion welding is used to make five-layer billet of alternating layers of rustproof steel and titanium arranged to be subjected to explosion welding in multilayer stack of steel layers together. Welded five-layer billets are hot rolled. Multilayer stack is made from produced 6-8 five-layer billets to be subjected to explosion welded. Welded multilayer stack is annealed. Produced titanium-steel composite material comprises up to 24 layers of rustproof steel, up to 17 layers of titanium and up to 32 solid intermetallic 0.2-0.3 mm-thick layers arranged between titanium and steel layers.
EFFECT: increased rust resistance and allowable wear in operation in aggressive media.
1 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к технологии получения износостойких материалов с помощью энергии взрывчатых веществ (ВВ) и может быть использовано при изготовлении пар трения, тормозных устройств и т.п., предназначенных для эксплуатации в условиях агрессивных сред.The invention relates to a technology for producing wear-resistant materials using the energy of explosives (BB) and can be used in the manufacture of friction pairs, braking devices, etc., intended for use in aggressive environments.

Известен способ одновременного получения износостойких покрытий с регулярной волнообразной поверхностью на поверхностях пластин из титана и стали, при котором осуществляют сварку взрывом пластин титана и стали, а затем проводят высокотемпературную термическую обработку сваренной заготовки для формирования на границах раздела металлов интерметаллидной диффузионной прослойки заданной толщины, сварку осуществляют на режимах, обеспечивающих амплитуду волн в зоне соединения металлов, равную 0,18-0,37 мм, при этом процесс ведут при скорости соударения свариваемых пластин, равной 440-650 м/с, и строго регламентированной скорости детонации взрывчатого вещества, термическую обработку сваренной заготовки осуществляют путем нагрева до температуры 900-950°C и выдерживают при этой температуре в вакуумной печи 10-14 ч до получения в в сформированной при сварке взрывом волнообразной зоне соединения титана и стали интерметаллидной диффузионной прослойки толщиной 160-300 мкм, после чего заготовку охлаждают вместе с печью, а затем осуществляют дополнительный нагрев до температуры 930-950°C, выдержку при этой температуре 3-8 мин и охлаждают заготовку в воде для отделения пластин титана от стали по диффузионной прослойке с формированием при этом на пластинах титана и стали высокотвердых износостойких покрытий с регулярной волнообразной поверхностью (патент РФ №2350442, МПК B23K 20/08, опубл. 27.03.2009, бюл. №9).A known method for the simultaneous production of wear-resistant coatings with a regular wave-like surface on the surfaces of titanium and steel plates, in which explosion welding of titanium and steel plates is carried out, and then high-temperature heat treatment of the welded workpiece is carried out to form an intermetallic diffusion layer of a given thickness at the metal interfaces, welding is carried out in modes that ensure the amplitude of the waves in the zone of metal joining, equal to 0.18-0.37 mm, while the process is carried out at a speed the collision of the welded plates, equal to 440-650 m / s, and a strictly regulated speed of detonation of the explosive, heat treatment of the welded billet is carried out by heating to a temperature of 900-950 ° C and kept at this temperature in a vacuum oven for 10-14 hours until 160-300 μm thick intermetallic diffusion layer formed during explosion welding of a wave-like zone of titanium and steel joining, after which the workpiece is cooled together with the furnace, and then additional heating is carried out to a temperature of 930-950 ° C, bake at this temperature for 3-8 minutes and cool the billet in water to separate titanium plates from steel along a diffusion layer with the formation of high hardness wear-resistant coatings with regular wave-like surface on titanium and steel plates (RF patent No. 2350442, IPC B23K 20/08, publ. 03/27/2009, bull. No. 9).

Данный способ имеет невысокий технический уровень, что обусловлено наличием в схеме сварки взрывом всего лишь двух разнородных металлических слоев, что приводит к получению в результате сварки взрывом, последующей термообработки, дополнительной термической обработки с последующим ускоренным охлаждением в воде для отделения пластин титана от стали по диффузионной прослойке износостойких покрытий на пластине из титана толщиной, не превышающей 0,2 мм, а на стали - 0,1 мм, поэтому в парах трения такие слои быстро изнашиваются, величина допускаемого износа в таких материалах не превышает толщины покрытий, то есть не более 0,1-0,2 мм, что весьма ограничивает применение таких материалов в парах трения, предназначенных для длительных сроков эксплуатации, в условиях агрессивных сред.This method has a low technical level, which is due to the presence in the explosion welding scheme of only two heterogeneous metal layers, which results in explosion welding, subsequent heat treatment, additional heat treatment, followed by accelerated cooling in water to separate titanium plates from steel by diffusion interlayer of wear-resistant coatings on a titanium plate with a thickness not exceeding 0.2 mm, and on steel - 0.1 mm, therefore in layers of friction such layers wear out quickly, tolerance The wear and tear in such materials does not exceed the thickness of the coatings, i.e., not more than 0.1-0.2 mm, which greatly limits the use of such materials in friction pairs designed for long service life in aggressive environments.

Наиболее близким по техническому уровню и достигаемому результату является способ получения композиционного материала титан-сталь, обладающего повышенным термическим сопротивлением в поперечном направлении и повышенной теплопроводностью вдоль металлических слоев, а также высокой стойкостью к разрушению в условиях изгибающих нагрузок, который может быть также использован и в качестве износостойкого материала в случае расположения его слоев перпендикулярно или с наклоном относительно трущегося объекта, при этом величина его допускаемого износа велика и может достигать 70-80% его размера в направлении изнашивания.The closest in technical level and the achieved result is a method for producing a titanium-steel composite material with increased thermal resistance in the transverse direction and increased thermal conductivity along the metal layers, as well as high resistance to destruction under bending loads, which can also be used as wear-resistant material in the case of the location of its layers perpendicularly or with an inclination relative to the rubbing object, while the value of its tolerance The wear is large and can reach 70-80% of its size in the direction of wear.

В этом способе, включающем составление пакета из чередующихся слоев титана и стали, размещение над ним заряда взрывчатого вещества, осуществление сварки взрывом, горячую прокатку и отжиг сваренной заготовки, предварительно составляют трехслойный пакет с размещением между пластинами титана стальной пластины с соотношением толщин слоев 1:(0,33-0,4) при толщине слоя стали 2-4 мм, сварку взрывом осуществляют при отношении удельной массы заряда взрывчатого вещества к сумме удельных масс титанового и стального слоя, равном 1,92-2,29, и скорости детонации заряда взрывчатого вещества 2150-2400 м/с, последующую горячую прокатку сваренного трехслойного пакета проводят с обжатием 64-87% при температуре 680-720°C, производят разделку пакета на мерные трехслойные заготовки, из которых составляют многослойный пакет под сварку взрывом, осуществляют сварку взрывом при отношении удельной массы заряда взрывчатого вещества к сумме удельных масс метаемых слоев многослойного пакета, равном 0,79-1,03, и скорости детонации заряда взрывчатого вещества 2150-3100 м/с, затем производят дополнительную горячую прокатку сваренного многослойного пакета при температуре 680-720°C с обжатием 90-98%, после чего проводят отжиг при температуре 700-800°C в течение 0,1-0,75 ч с последующим охлаждением на воздухе (патент РФ №2293004, МПК B23K 20/08, B32B 7/04, опубл. 10.02.2007, бюл. №4 - прототип).In this method, which includes composing a package of alternating layers of titanium and steel, placing an explosive charge over it, performing explosion welding, hot rolling and annealing the welded billet, a three-layer package is preliminarily placed with a steel plate between titanium plates with a layer thickness ratio of 1 :( 0.33-0.4) with a steel layer thickness of 2-4 mm, explosion welding is carried out at a ratio of the specific gravity of the explosive charge to the sum of the specific gravities of the titanium and steel layer equal to 1.92-2.29, and the detonation speed the explosive charge is 2150-2400 m / s, the subsequent hot rolling of the welded three-layer package is carried out with compression 64-87% at a temperature of 680-720 ° C, the package is cut into three-layer dimensional blanks, which make up a multilayer package for explosion welding, explosion welding with the ratio of the specific mass of the explosive charge to the sum of the specific gravities of the missile layers of the multilayer package equal to 0.79-1.03, and the detonation velocity of the explosive charge 2150-3100 m / s, then additional hot rolling arenas multilayer package at a temperature of 680-720 ° C with compression of 90-98%, after which annealing is carried out at a temperature of 700-800 ° C for 0.1-0.75 hours, followed by cooling in air (RF patent No. 2293004, IPC B23K 20/08, B32B 7/04, publ. 02/10/2007, bull. No. 4 is a prototype).

Данный способ имеет невысокий технический уровень, что обусловлено возможностью получения по этому способу композиционных материалов толщиной до 3 мм с интерметаллидными прослойками, толщина которых не превышает 10 мкм. При использовании таких материалов в парах трения скорость их изнашивания (отношение величины износа ко времени изнашивания) оказывается весьма высокой, а это крайне ограничивает возможные области применения таких материалов в парах трения, предназначенных для длительной эксплуатации в условиях агрессивных сред.This method has a low technical level, which is due to the possibility of obtaining by this method composite materials with a thickness of up to 3 mm with intermetallic interlayers, the thickness of which does not exceed 10 microns. When such materials are used in friction pairs, their wear rate (the ratio of the amount of wear to wear time) is very high, and this extremely limits the possible applications of such materials in friction pairs intended for long-term operation in aggressive environments.

В связи с этим важнейшей задачей является создание нового способа получения композиционного материала титан-сталь с пониженной скоростью изнашивания, с повышенной величиной допускаемого износа, не изменяющего своих служебных свойств даже после значительного износа рабочей поверхности и длительной эксплуатации в условиях агрессивных сред, на базе нового технологического цикла сварки взрывом пятислойных пакетов из коррозионно-стойкой стали и титана с последующей их сваркой взрывом, горячей прокаткой, сваркой взрывом многослойных пакетов из прокатанных заготовок между собой, отжигом полученной заготовки с формированием интерметаллидных прослоек оптимальной толщины с повышенной твердостью и износостойкостью, не склонных к хрупкому разрушению в условиях циклических нагрузок.In this regard, the most important task is to create a new method for producing a titanium-steel composite material with a reduced wear rate, with an increased value of allowable wear that does not change its service properties even after significant wear of the work surface and long-term operation in aggressive environments, based on a new technological the explosion welding cycle of five-layer packages of corrosion-resistant steel and titanium, followed by their explosion welding, hot rolling, explosion welding of multilayer bags billets from rolled billets to each other, annealing the obtained billet with the formation of intermetallic layers of optimal thickness with increased hardness and wear resistance, not prone to brittle fracture under cyclic loads.

Техническим результатом заявленного способа является создание нового технологического цикла, обеспечивающего с помощью поэтапной сварки взрывом многослойных пакетов из коррозионно-стойкой стали и титана, высокое качество соединения металлов на всех межслойных границах без расслоений и других дефектов, а также в результате силового и термического воздействия на сваренные заготовки с формированием при этом между стальными и титановыми слоями интерметаллидных прослоек оптимальной толщины, получение многослойного коррозионно-стойкого композиционного материала титан-сталь с пониженной скоростью изнашивания, обладающего также повышенной величиной допускаемого износа, пригодного для длительной эксплуатации в условиях агрессивных сред.The technical result of the claimed method is the creation of a new technological cycle, which ensures, using the step-by-step explosion welding of multilayer packages of corrosion-resistant steel and titanium, the quality of metal joining at all interlayer boundaries without delamination and other defects, as well as as a result of force and thermal effects on welded billets with the formation between the steel and titanium layers of intermetallic layers of optimal thickness, obtaining a multilayer corrosion-resistant of composite material, titanium-steel with low wear rate, which has also increased the quantity of acceptable wear, is suitable for long term operation in aggressive environments.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения композиционного материала титан-сталь, включающем составление пакета из слоев титана и стали, размещение над ним заряда взрывчатого вещества, осуществление сварки взрывом, горячую прокатку, составление многослойного пакета из прокатанных композиционных заготовок с последующей его сваркой взрывом, отжиг сваренного многослойного пакета для формирования на границах раздела сваренных между собой металлов сплошных интерметаллидных прослоек с охлаждением на воздухе, составляют пятислойные пакеты под сварку взрывом из чередующихся слоев коррозионно-стойкой стали и титана с соотношением толщин слоев стали и титана 1:(0,8-1) при толщине каждого слоя стали 2-3 мм, сварку взрывом каждого пакета осуществляют при скорости детонации взрывчатого вещества (ВВ) 2400-2750 м/с, при этом высоту заряда ВВ и сварочные зазоры между слоями в каждом пакете выбирают из условия получения скоростей соударения их между собой в пределах 470-670 м/с, после сварки взрывом производят горячую прокатку сваренных заготовок при температуре 720-740°C с обжатием 75-84%, после сварки взрывом составляют многослойный пакет под сварку взрывом, содержащий 6-8 прокатанных пятислойных заготовок, которую осуществляют при скорости детонации ВВ 2400-3100 м/с, при этом высоту заряда ВВ и сварочные зазоры между прокатанными пятислойными заготовками в многослойном пакете выбирают из условия получения скоростей соударения их между собой в пределах 440-610 м/с, затем производят отжиг сваренного многослойного пакета при температуре 900-1000°C в течение 1-7 ч.The specified technical result is achieved in that in a method for producing a titanium-steel composite material, comprising composing a package of layers of titanium and steel, placing an explosive charge above it, performing explosive welding, hot rolling, composing a multilayer package of rolled composite billets with subsequent welding explosion, annealing of the welded multilayer package to form continuous intermetallic interlayers with air cooling at the interfaces of the welded metals e, make up five-layer packages for explosion welding from alternating layers of corrosion-resistant steel and titanium with a ratio of the thicknesses of steel and titanium layers 1: (0.8-1) with a thickness of each steel layer of 2-3 mm, explosion welding of each package is carried out at a speed detonation of explosive (BB) 2400-2750 m / s, while the height of the explosive charge and welding gaps between the layers in each package are selected from the conditions for obtaining their collision speeds between 470-670 m / s, after explosion welding produce hot rolling welded billets at a temperature of 7 20-740 ° C with a compression of 75-84%, after explosion welding they form a multilayer package for explosion welding, containing 6-8 rolled five-layer billets, which is carried out at a detonation speed of EXPLOSIVES 2400-3100 m / s, while the explosive charge height and welding the gaps between the rolled five-layer billets in a multilayer package are selected from the condition of obtaining their collision speeds between 440-610 m / s, then the welded multilayer package is annealed at a temperature of 900-1000 ° C for 1-7 hours.

Новый способ получения композиционного материала титан-сталь имеет существенные отличия по сравнению с прототипом как по строению и свойствам полученного материала, так и по совокупности технологических приемов воздействия на свариваемые пакеты и режимов осуществления способа.A new method for producing a titanium-steel composite material has significant differences in comparison with the prototype both in the structure and properties of the obtained material, and in the aggregate of technological methods for influencing welded bags and modes of the method.

Так предложено составлять пятислойные пакеты под сварку взрывом из чередующихся слоев коррозионно-стойкой стали и титана с соотношением толщин слоев стали и титана 1:(0,8-1) при толщине каждого слоя стали 2-3 мм, что облегчает при соблюдении предлагаемых режимов сварки взрывом получение качественных сварных соединений между стальными и титановыми слоями, обеспечивает высокую коррозионную стойкость получаемого материала в агрессивных средах и минимальный расход дорогостоящего титана на единицу массы изделия. Толщина каждого слоя стали более 3 мм и соотношение толщин слоев стали и титана выше верхнего предлагаемого предела приводит к нежелательному повышению объемных долей стали и титана в получаемом материале, что способствует чрезмерному снижению объемной доли интерметаллидных прослоек в расчете на одно изделие, а это, в свою очередь, приводит к повышению скорости его изнашивания. При толщине каждого слоя стали менее 2 мм и соотношении толщин слоев стали и титана ниже нижнего предлагаемого предела в процессе отжига многослойных заготовок возможна диффузия железа и титана на всю толщину металлических слоев, что может привести к существенному повышению хрупкости получаемого материала и к невозможности его использования в парах трения в условиях циклических нагрузок.So, it is proposed to make five-layer packages for explosion welding from alternating layers of corrosion-resistant steel and titanium with a ratio of thicknesses of steel and titanium layers 1: (0.8-1) with a thickness of each steel layer of 2-3 mm, which makes it easier when observing the proposed welding conditions the explosion of obtaining high-quality welded joints between steel and titanium layers, provides high corrosion resistance of the resulting material in aggressive environments and the minimum consumption of expensive titanium per unit mass of the product. The thickness of each steel layer is more than 3 mm and the ratio of the thicknesses of the steel and titanium layers above the upper proposed limit leads to an undesirable increase in the volume fractions of steel and titanium in the resulting material, which contributes to an excessive decrease in the volume fraction of intermetallic interlayers per one product, and this, in its turn, leads to an increase in the rate of wear. When the thickness of each layer of steel is less than 2 mm and the ratio of the thicknesses of the layers of steel and titanium is lower than the lower suggested limit, diffusion of iron and titanium over the entire thickness of the metal layers is possible during the annealing of multilayer billets, which can lead to a significant increase in the fragility of the obtained material and to the inability to use it in friction pairs under cyclic loads.

Предложено сварку взрывом каждого пятислойного пакета осуществлять при скорости детонации взрывчатого вещества (ВВ) 2400-2750 м/с, при этом высоту заряда ВВ и сварочные зазоры между пластинами в каждом пакете выбирать из условия получения скоростей соударения их между собой в пределах 470-670 м/с, что обеспечивает качественную сварку всех разнородных металлических слоев в пакете без нарушений сплошности и неконтролируемых деформаций, снижающих качество получаемых заготовок. При скорости детонации ВВ и скоростях соударения между металлическими слоями в каждом пакете ниже нижних предлагаемых пределов возможно появление непроваров в зонах соединения слоев, а при последующей горячей прокатке сваренных пакетов может происходить их частичное и даже полное расслоение. При скорости детонации ВВ и скоростях соударения между пластинами в каждом пакете выше верхних предлагаемых пределов в зонах соединения слоев возможно появление участков с хрупкими интерметаллидными фазами, что при последующей горячей прокатке может приводить к частичным расслоениям в зонах соединения слоев, а это, в свою очередь, приводит к снижению прочностных свойств получаемого материала. Кроме того, при этих режимах сварки возможны неконтролируемые деформации металлических слоев с нарушениями их сплошности, что может привести к невозможности дальнейшего использования сваренных заготовок.It is proposed that explosion welding of each five-layer package be carried out at a detonation speed of explosive (BB) of 2400-2750 m / s, while the charge height of the explosive and the welding gaps between the plates in each package should be selected from the conditions for obtaining their collision speeds between 470-670 m / s, which ensures high-quality welding of all dissimilar metal layers in the package without breaking continuity and uncontrolled deformations that reduce the quality of the resulting workpieces. At the detonation velocity of explosives and the collision velocities between the metal layers in each packet below the lower proposed limits, the formation of incomplete penetration in the zones of connection of the layers is possible, and during subsequent hot rolling of the welded packets, their partial and even complete separation can occur. When the detonation velocity of explosives and the collision velocities between the plates in each package are higher than the upper proposed limits, layers with brittle intermetallic phases may appear in the layers joining layers, which during subsequent hot rolling can lead to partial delamination in the layers joining zones, and this, in turn, leads to a decrease in the strength properties of the resulting material. In addition, under these welding conditions, uncontrolled deformations of metal layers with violations of their continuity are possible, which can lead to the inability to continue using welded workpieces.

Предложено производить горячую прокатку сваренных пятислойных заготовок при температуре 720-740°C с обжатием 75-84%, что приводит к увеличению их длины и ширины с одновременным уменьшением толщины стальных и титановых слоев до оптимальных размеров. При температуре горячей прокатки ниже 720°C в титановых слоях возможно появление микротрещин, снижающих служебные свойства получаемого материала. Температура прокатки выше 740°C является избыточной, поскольку при этом возрастают непроизводительные энергетические затраты на получение продукции.It is proposed that hot rolling of welded five-layer billets be performed at a temperature of 720-740 ° C with a compression of 75-84%, which leads to an increase in their length and width while reducing the thickness of the steel and titanium layers to optimal sizes. At hot rolling temperatures below 720 ° C, microcracks may appear in the titanium layers, which reduce the service properties of the resulting material. A rolling temperature above 740 ° C is excessive, since it increases the unproductive energy costs of obtaining products.

Обжатие сваренных пятислойных заготовок менее 75% приводит к избыточному повышению объемной доли металлических слоев в получаемом материале, что приводит к повышению скорости его изнашивания в парах трения. Обжатие заготовок более 84% может приводить к повышению хрупкости получаемого материала в условиях циклических нагрузок из-за возможности диффузии железа и титана на всю толщину металлических слоев.Compression of welded five-layer billets of less than 75% leads to an excessive increase in the volume fraction of metal layers in the resulting material, which leads to an increase in its wear rate in friction pairs. Compression of blanks of more than 84% can lead to an increase in the fragility of the resulting material under cyclic loads due to the possibility of diffusion of iron and titanium over the entire thickness of the metal layers.

Предложено составлять многослойный пакет под сварку взрывом, содержащий 6-8 прокатанных композиционных пятислойных заготовок, что создает необходимые условия для получения качественных сварных соединений между всеми свариваемыми заготовками и формированию при отжиге необходимого для повышенной износостойкости количества интерметаллидных прослоек. Благодаря оптимальному расположению стальных слоев в свариваемых пакетах свариваются между собой на данном этапе лишь однородные стальные слои, что значительно расширяет возможный диапазон режимов сварки взрывом, способствует получению сварных соединений высокого качества. При количестве прокатанных композиционных пятислойных заготовок в многослойном пакете менее 6 не обеспечивается необходимое количество межслойных границ, что приводит к формированию при отжиге недостаточного количества интерметаллидных прослоек, а это, в свою очередь, приводит к повышению скорости изнашивания получаемого материала в парах трения. При количестве этих заготовок более 8 возможно появление непроваров в зонах соединения стальных слоев при сварке взрывом, что может привести к разрушению изделий из получаемого материала в процессе их эксплуатации.It is proposed to compose a multilayer package for explosion welding containing 6-8 rolled five-layer composite billets, which creates the necessary conditions for obtaining high-quality welded joints between all welded billets and the formation of an amount of intermetallic layers necessary for increased wear resistance. Due to the optimal arrangement of the steel layers in the packages to be welded, at this stage only uniform steel layers are welded together, which greatly expands the possible range of explosion welding modes and contributes to the production of high quality welded joints. When the number of rolled composite five-layer billets in a multilayer package is less than 6, the necessary number of interlayer boundaries is not provided, which leads to the formation of an insufficient number of intermetallic layers during annealing, and this, in turn, leads to an increase in the wear rate of the resulting material in friction pairs. When the number of these blanks is more than 8, a lack of penetration is possible in the zones of connection of steel layers during explosion welding, which can lead to the destruction of products from the resulting material during their operation.

Предложено сварку взрывом многослойного пакета осуществлять при скорости детонации ВВ 2400-3100 м/с, при этом высоту заряда ВВ и сварочные зазоры между прокатанными пятислойными заготовками в многослойном пакете выбирать из условия получения скоростей соударения их между собой в пределах 440-610 м/с, что обеспечивает получение качественных сварных соединений между всеми свариваемыми металлическими слоями. При скорости детонации ВВ и скоростях соударения ниже нижнего предлагаемого предела возможно появление непроваров в зонах соединения свариваемых заготовок, что снижает качество получаемого материала. Скорость детонации ВВ и скорости соударения заготовок в пакете выше верхнего предлагаемого предела не способствуют улучшению качества получаемого материала, но это может привести к неконтролируемым деформациям получаемой многослойной заготовки и к повышенному расходу ВВ в расчете на одно изделие.It is proposed that explosion welding of a multilayer package be carried out at a detonation speed of EXPLOSIVES 2400-3100 m / s, while the explosive charge height and welding gaps between the rolled five-layer blanks in a multilayer package should be selected from the conditions for obtaining their collision velocities between 440-610 m / s, which provides high-quality welded joints between all welded metal layers. When the detonation velocity of explosives and collision velocities are lower than the lower proposed limit, the occurrence of lack of fusion in the zones of the welded workpieces connection, which reduces the quality of the material obtained. The speed of detonation of explosives and the speed of impact of workpieces in a package above the upper proposed limit do not contribute to improving the quality of the material obtained, but this can lead to uncontrolled deformations of the resulting multilayer workpiece and to an increased consumption of explosives per product.

Предложено производить отжиг сваренного многослойного пакета при температуре 900-1000°C в течение 1-7 ч. При этом происходит формирование между стальными и титановыми слоями сплошных интерметаллидных прослоек оптимальной толщины, обладающих высокой твердостью и стойкостью к хрупкому разрушению в условиях циклических нагрузок, что обеспечивает пониженную скорость изнашивания получаемого материала и его высокую долговечность в парах трения. При температуре и времени отжига ниже нижнего предлагаемого предела толщина получаемых интерметаллидных прослоек оказывается недостаточной, что снижает долговечность получаемого материала в парах трения. Температура и время отжига выше верхнего предлагаемого предела являются избыточными, поскольку толщина интерметаллидных прослоек становится чрезмерной, при этом повышается вероятность хрупкого разрушения получаемого материала в процессе его дальнейшей эксплуатации в парах трения в условиях циклических нагрузок.It is proposed to anneal the welded multilayer package at a temperature of 900-1000 ° C for 1-7 hours. In this case, solid and intermetallic layers of optimal thickness are formed between steel and titanium layers, which have high hardness and resistance to brittle fracture under cyclic loads, which ensures reduced wear rate of the resulting material and its high durability in friction pairs. At annealing temperature and time below the lower proposed limit, the thickness of the obtained intermetallic layers is insufficient, which reduces the durability of the resulting material in friction pairs. The temperature and annealing time above the upper proposed limit are excessive, since the thickness of the intermetallic layers becomes excessive, while increasing the likelihood of brittle fracture of the resulting material during its further operation in friction pairs under cyclic loads.

Предлагаемый способ получения композиционного материала титан-сталь осуществляется в следующей последовательности. Очищают от окислов и загрязнений слои коррозионно-стойкой стали и титана, из которых составляют пятислойные пакеты под сварку взрывом из чередующихся слоев коррозионно-стойкой стали и титана с соотношением толщин слоев стали и титана 1:(0,8-1) при толщине каждого слоя стали 2-3 мм. Слои в пакетах располагают параллельно друг другу на расстоянии сварочных технологических зазоров. Укладывают полученные пакеты на плоские основания, размещенные на грунте. На поверхности каждого пакета располагают защитную прослойку из высокоэластичного материала, защищающую поверхность верхнего стального слоя от повреждений продуктами детонации ВВ, а на ее поверхности размещают контейнер с зарядом ВВ со скоростью детонации 2400-2750 м/с и осуществляют сварку взрывом с инициированием процесса детонации в каждом заряде ВВ, как и при последующей операции сварки взрывом, с помощью электродетонатора и вспомогательного заряда ВВ, формирующего в каждом основном заряде ВВ фронт детонации, близкий к плоскому. При этом высоту заряда ВВ и сварочные зазоры между слоями в каждом пакете выбирают из условия получения скоростей соударения их между собой в пределах 470-670 м/с. Затем сваренные заготовки подвергают горячей прокатке при температуре 720-740°C с обжатием 75-84%, после чего обрезают боковые кромки с краевыми эффектами, очищают свариваемые поверхности от окислов и загрязнений, затем составляют многослойных пакет под сварку взрывом, содержащий 6-8 прокатанных пятислойных заготовок, при этом пятислойные заготовки в этом пакете располагают параллельно друг другу на расстоянии сварочных зазоров. Укладывают полученный многослойный пакет на плоское основание, размещенное на грунте. На поверхности пакета располагают защитную прослойку из высокоэластичного материала и контейнер с зарядом ВВ со скоростью детонации 2400-3100 м/с и осуществляют сварку взрывом, при этом высоту заряда ВВ и сварочные зазоры между прокатанными пятислойными заготовками в этом пакете выбирают из условия получения скоростей соударения их при сварке взрывом 440-610 м/с. Затем на боковые поверхности сваренного многослойного пакета наносят удаляемую технологическую обмазку для защиты от воздействия воздушной атмосферы, устанавливают многослойный пакет в электропечи и производят отжиг при температуре 900-1000°C в течение 1-7 ч для формирования между слоями стали и титана сплошных интерметаллидных прослоек, после чего охлаждают полученный износостойкий материал титан-сталь на воздухе.The proposed method for producing a composite material titanium-steel is carried out in the following sequence. The layers of corrosion-resistant steel and titanium are cleaned from oxides and contaminants, of which five-layer packages for explosion welding are made of alternating layers of corrosion-resistant steel and titanium with a ratio of the thicknesses of the layers of steel and titanium 1: (0.8-1) with the thickness of each layer 2-3 mm steel. The layers in the packages are arranged parallel to each other at a distance of the welding technological gaps. Stack the received packages on flat bases placed on the ground. A protective layer of highly elastic material is placed on the surface of each packet to protect the surface of the upper steel layer from damage by explosive detonation products, and a container with an explosive charge with a detonation speed of 2400-2750 m / s is placed on its surface and explosion welding is carried out with the initiation of a detonation process in each explosive charge, as in the subsequent operation of explosion welding, using an electric detonator and auxiliary explosive charge, which forms a detonation front close to flat in each main explosive charge. In this case, the explosive charge height and welding gaps between the layers in each package are selected from the condition of obtaining their collision speeds between themselves in the range of 470-670 m / s. Then, the welded workpieces are subjected to hot rolling at a temperature of 720-740 ° C with a compression of 75-84%, after which the side edges with edge effects are cut off, the surfaces to be welded are cleaned of oxides and impurities, then a multilayer package for explosion welding is made up of 6-8 rolled five-layer workpieces, while the five-layer workpieces in this package are arranged parallel to each other at a distance of the welding gaps. The resulting multilayer bag is laid on a flat base placed on the ground. A protective layer of highly elastic material and a container with an explosive charge with a detonation speed of 2400-3100 m / s are placed on the surface of the package and explosion welding is performed, while the height of the explosive charge and welding gaps between the rolled five-layer billets in this package are selected from the conditions for obtaining their collision speeds when welding by explosion 440-610 m / s. Then, a removable technological coating is applied to the side surfaces of the welded multilayer package to protect it from exposure to the air, a multilayer package is installed in an electric furnace and annealed at a temperature of 900-1000 ° C for 1-7 hours to form continuous intermetallic layers between the layers of steel and titanium, then cool the resulting wear-resistant material titanium-steel in air.

В результате получают композиционный материал титан-сталь, содержащий от 18 до 24 слоев стали, от 12 до 16 слоев титана, 24-32 сплошных интерметаллидных прослоек толщиной 0,2-0,3 мм, расположенных между стальными и титановыми слоями, обладающего повышенной коррозионной стойкостью и величиной допускаемого износа в условиях длительной эксплуатации в агрессивных средах, с пониженной в сравнении с прототипом в 4-8 раз скоростью изнашивания.The result is a titanium-steel composite material containing from 18 to 24 layers of steel, from 12 to 16 layers of titanium, 24-32 continuous intermetallic layers 0.2-0.3 mm thick, located between steel and titanium layers, which has increased corrosion durability and the amount of allowable wear in conditions of long-term operation in aggressive environments, with a 4-8 times lower wear rate compared to the prototype.

Пример 1 (см. таблицу, опыт 1)Example 1 (see table, experiment 1)

Очищают от окислов и загрязнений слои из стали и титана, из которых составляют пятислойные пакеты под сварку взрывом из чередующихся слоев коррозионно-стойкой стали марки 12Х18Н10Т и титана марки ВТ1-0. Слои в пакетах располагают параллельно друг другу на расстоянии сварочных зазоров. Порядок чередования слоев в пакетах: сталь 12Х18Н10Т-титан ВТ1-0-12Х18Н10Т-ВТ1-0-12Х18Н10Т. Размеры стальных слоев: длина 370 мм, ширина 280 мм, толщина δСТ=2 мм. У титановых слоев длина и ширина такие же, как у стальных, их толщина δTi=2 мм. Соотношение толщин слоев стали и титана у всех пакетов одинаковое и равно 1:1. Укладывают полученные пакеты на плоские основания из древесно-стружечной плиты длиной 370 мм, шириной 280 мм, толщиной 18 мм, размещенные на грунте. При сборке пакетов предварительно, с помощью компьютерной технологии, определяют величину необходимых сварочных зазоров h1-h4, где h1 - зазор между первым (верхним) и следующим за ним вторым слоем, h2 - между вторым и третьим слоем и т.д. Для сварки взрывом пакетов выбираем взрывчатое вещество из рекомендуемого диапазона со скоростью детонации DBB=2750 м/с. Такую скорость обеспечивает взрывчатое вещество, представляющее собой смесь из 33% порошкообразного аммонита 6ЖВ и 67% аммиачной селитры. Взрывчатое вещество помещают в контейнеры с обеспечением высоты заряда ВВ Нвв=80 мм, длиной 390 мм, шириной 300 мм и располагают их на поверхности каждого пакета. Предварительно на поверхности каждого пакета располагают защитную прослойку из высокоэластичного материала - резины толщиной 2 мм, защищающую поверхность верхнего стального слоя от повреждений продуктами детонации ВВ, а на ее поверхности размещают контейнер с зарядом ВВ.The layers of steel and titanium are cleaned from oxides and contaminants, of which five-layer packages for explosion welding from alternating layers of corrosion-resistant steel grade 12X18H10T and titanium grade VT1-0 are made up. The layers in the packages are arranged parallel to each other at a distance of the welding gaps. The order of the alternation of layers in packages: steel 12X18H10T-titanium VT1-0-12X18H10T-VT1-0-12X18H10T. Dimensions of steel layers: length 370 mm, width 280 mm, thickness δ ST = 2 mm. Titanium layers have the same length and width as steel ones, their thickness δ Ti = 2 mm. The ratio of the thicknesses of the layers of steel and titanium for all packages is the same and equal to 1: 1. The resulting packages are laid on flat bases of particle board 370 mm long, 280 mm wide, 18 mm thick, placed on the ground. When assembling packages previously, using computer technology, determine the amount of required welding gaps h 1 -h 4 , where h 1 is the gap between the first (upper) and the second second following it, h 2 is between the second and third layer, etc. . For burst welding, we select an explosive from the recommended range with a detonation speed D BB = 2750 m / s. Such a speed is provided by an explosive, which is a mixture of 33% powdered ammonite 6GV and 67% ammonium nitrate. Explosive placed in containers ensuring explosive charge height H cc = 80 mm, length 390 mm, width of 300 mm and a surface of each packet. Preliminarily, a protective layer of highly elastic material, rubber 2 mm thick, is placed on the surface of each packet, protecting the surface of the upper steel layer from damage by explosive detonation products, and a container with an explosive charge is placed on its surface.

Для получения скоростей соударения между собой металлических слоев в пакетах в пределах предлагаемого диапазона, при выбранных параметрах зарядов ВВ, величины сварочных зазоров равны: h1=2,2 мм, h2=4 мм, h3=10 мм, h4=10 мм, что обеспечивает скорости соударения слоев при сварке взрывом на соответствующих межслойных границах пакетов: V1=670 м/с, V2=620 м/с, V3=V4=550 м/с, где V1 - скорость соударения первого слоя со вторым, V2 - второго с третьим и т.д.To obtain the collision speeds of metal layers in packages within the proposed range, with the selected explosive charge parameters, the values of welding gaps are: h 1 = 2.2 mm, h 2 = 4 mm, h 3 = 10 mm, h 4 = 10 mm, which ensures the speed of collision of the layers during explosion welding at the corresponding interlayer boundaries of the packages: V 1 = 670 m / s, V 2 = 620 m / s, V 3 = V 4 = 550 m / s, where V 1 is the speed of collision of the first layer with the second, V 2 - the second with the third, etc.

После обрезки боковых кромок с краевыми эффектами сваренные заготовки подвергают горячей прокатке при температуре 720°C с обжатием 75% с последующей разделкой (резкой) на мерные заготовки длиной 260 мм, шириной 210 мм, толщиной 2,5 мм. После этого составляют многослойный пакет под сварку взрывом, содержащий 8 прокатанных пятислойных заготовок. Предварительно свариваемые поверхности очищают от окислов и загрязнений, при этом пятислойные заготовки в каждом пакете располагают параллельно друг другу на расстоянии сварочных зазоров. Укладывают полученный пакет на плоское основание из древесно-стружечной плиты длиной 260 мм, шириной 210 мм, толщиной 18 мм, размещенное на грунте. При сборке пакета предварительно, с помощью компьютерной технологии, определяют величину необходимых сварочных зазоров

Figure 00000001
, где
Figure 00000002
- зазор между первой (верхней) и следующей за ней второй прокатанной пятислойной заготовкой,
Figure 00000003
- между второй и третьей заготовками и т.д. Для сварки взрывом пакета выбираем взрывчатое вещество из рекомендуемого диапазона со скоростью детонации DBB=2400 м/с. Такую скорость обеспечивает взрывчатое вещество, представляющее собой смесь из 20% порошкообразного аммонита 6ЖВ и 80% аммиачной селитры. На пакет укладывают защитную прослойку из резины толщиной 2 мм и размещают контейнер с зарядом ВВ длиной 280 мм, шириной 230 мм. Высота заряда ВВ Нвв=150 мм. Для получения скоростей соударения между собой металлических слоев в пакете в пределах предлагаемого диапазона, при выбранных параметрах зарядов ВВ, величины сварочных зазоров равны:
Figure 00000004
что обеспечивает скорости соударения слоев при сварке взрывом на соответствующих межслойных границах пакета:
Figure 00000005
где
Figure 00000006
- скорость соударения первой прокатанной пятислойной заготовки со второй,
Figure 00000007
- второй с третьей и т.д. Сварку взрывом осуществляют с инициированием процесса детонации в заряде ВВ с помощью электродетонатора и вспомогательного заряда ВВ.After trimming the side edges with edge effects, the welded billets are subjected to hot rolling at a temperature of 720 ° C with a compression of 75%, followed by cutting (cutting) into dimensional billets 260 mm long, 210 mm wide, 2.5 mm thick. After that, a multilayer package for explosion welding is made up of 8 rolled five-layer billets. Pre-welded surfaces are cleaned of oxides and contaminants, while five-layer workpieces in each package are placed parallel to each other at a distance of the welding gaps. The resulting bag is laid on a flat base of particle board 260 mm long, 210 mm wide, 18 mm thick, placed on the ground. When assembling the package previously, using computer technology, determine the amount of required welding gaps
Figure 00000001
where
Figure 00000002
- the gap between the first (upper) and the second second rolled five-layer billet following it,
Figure 00000003
- between the second and third blanks, etc. For burst welding, select an explosive from the recommended range with a detonation speed D BB = 2400 m / s. This speed provides an explosive, which is a mixture of 20% powdered ammonite 6GV and 80% ammonium nitrate. A protective layer of rubber 2 mm thick is laid on the package and a container with a charge of explosive 280 mm long and 230 mm wide is placed. Explosive charge height H = 150 mm cc. To obtain the collision speeds between each other of the metal layers in the package within the proposed range, with the selected parameters of explosive charges, the values of welding gaps are equal to:
Figure 00000004
which ensures the speed of collision of the layers during welding by explosion at the corresponding interlayer boundaries of the package:
Figure 00000005
Where
Figure 00000006
- collision speed of the first rolled five-layer billet with the second,
Figure 00000007
- second to third, etc. Explosion welding is carried out with the initiation of the detonation process in the explosive charge using an electric detonator and an auxiliary explosive charge.

После правки сваренного многослойного пакета на гидравлическом прессе и обрезки боковых кромок с краевыми эффектами на его боковые поверхности наносят удаляемую технологическую обмазку для защиты от воздействия воздушной атмосферы, например смесь жидкого стекла с оксидом хрома, устанавливают многослойный пакет в электропечи и производят отжиг при температуре 900°С в течение 7 ч для формирования между слоями стали и титана сплошных интерметаллидных прослоек, после чего охлаждают полученный износостойкий композиционный материал титан-сталь на воздухе.After editing the welded multilayer bag on a hydraulic press and cutting the side edges with edge effects, a removable technological coating is applied to its side surfaces to protect it from the atmosphere, for example, a mixture of liquid glass with chromium oxide, a multilayer bag is installed in an electric furnace and annealed at a temperature of 900 ° C for 7 hours to form continuous intermetallic layers between the layers of steel and titanium, after which the resulting wear-resistant titanium composite material is cooled. steel in the air.

В результате получают композиционный материал титан-сталь длиной 240 мм, шириной 190 мм, толщиной 20 мм, содержащий 24 слоя из коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т, 16 слоев из титана ВТ1-0 и 32 сплошные интерметаллидные прослойки с толщиной каждой из них 0,3 мм, расположенные между стальными и титановыми слоями, обладающий повышенной коррозионной стойкостью и величиной допускаемого износа в условиях длительной эксплуатации в агрессивных средах, с пониженной в сравнении с прототипом в 6-8 раз скоростью изнашивания.The result is a titanium-steel composite material 240 mm long, 190 mm wide, 20 mm thick, containing 24 layers of corrosion-resistant steel 12X18H10T, 16 layers of titanium VT1-0 and 32 continuous intermetallic layers with a thickness of each 0.3 mm, located between steel and titanium layers, which has increased corrosion resistance and the amount of allowable wear in long-term operation in aggressive environments, with a wear rate reduced by 6-8 times in comparison with the prototype.

Пример 2 (см. таблицу, опыт 2)Example 2 (see table, experiment 2)

То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения. Длина стальных и титановых слоев в пятислойных пакетах 370 мм, ширина 280 мм. Толщина стальных слоев δСТ=2,5 мм, титановых - δTi=2,25 мм. Соотношение толщин слоев стали и титана у всех пятислойных пакетов δСТTi=1:0,9. Для сварки взрывом пятислойных пакетов выбираем взрывчатое вещество из рекомендуемого диапазона со скоростью детонации DBB-2600 м/с. Состав ВВ: смесь из 25% порошкообразного аммонита 6ЖВ и 75% аммиачной селитры. Высота заряда ВВ НВВ=150 мм, длина 390 мм, ширина 300 мм. Величины сварочных зазоров равны: h1=2 мм, h2=2,2 мм, h3=6 мм, h4=2,5 мм, что обеспечивает скорости соударения слоев при сварке взрывом на соответствующих межслойных границах пакетов: V1=610 м/с, V2=550 м/с, V3=530 м/с, V4=510 м/с.The same as in example 1, but the following changes. The length of the steel and titanium layers in five-layer packages is 370 mm, and the width is 280 mm. The thickness of the steel layers δ ST = 2.5 mm, titanium - δ Ti = 2.25 mm. The ratio of the thicknesses of the layers of steel and titanium for all five-layer packages δ ST : δ Ti = 1: 0.9. For explosion welding of five-layer packages, we select an explosive from the recommended range with a detonation speed D BB -2600 m / s. Composition of explosives: a mixture of 25% powdered ammonite 6GV and 75% ammonium nitrate. The height of the explosive charge N Н ВВ = 150 mm, length 390 mm, width 300 mm. The values of the welding gaps are equal to: h 1 = 2 mm, h 2 = 2.2 mm, h 3 = 6 mm, h 4 = 2.5 mm, which ensures the speed of collision of the layers during explosion welding at the corresponding interlayer boundaries of the packages: V 1 = 610 m / s, V 2 = 550 m / s, V 3 = 530 m / s, V 4 = 510 m / s.

Горячую прокатку сваренных пятислойных пакетов осуществляют при температуре 730°C с обжатием 80%. После прокатки составляют многослойный пакет под сварку взрывом, содержащий 7 прокатанных пятислойных заготовок. Длина каждой пятислойной заготовки 260 мм, ширина 230 мм, толщина 2,4 мм. Для сварки взрывом многослойного пакета используют ВВ со скоростью детонации DBB=2600 м/с. Состав ВВ: смесь из 25% порошкообразного аммонита 6ЖВ и 75% аммиачной селитры. Высота заряда ВВ Нвв=150 мм, величины сварочных зазоров равны:

Figure 00000008
что обеспечивает скорости соударения слоев при сварке взрывом на соответствующих межслойных границах пакета:
Figure 00000009
После правки сваренного многослойного пакета на гидравлическом прессе и обрезки боковых кромок с краевыми производят отжиг сваренного многослойного пакета при температуре 950°C в течение 2,5 ч.Hot rolling of welded five-layer packages is carried out at a temperature of 730 ° C with a compression of 80%. After rolling, a multilayer package for explosion welding is formed, containing 7 rolled five-layer billets. The length of each five-layer blank is 260 mm, the width is 230 mm, and the thickness is 2.4 mm. For explosion welding of a multilayer package, explosives with a detonation velocity D BB = 2600 m / s are used. Composition of explosives: a mixture of 25% powdered ammonite 6GV and 75% ammonium nitrate. The height of the explosive charge N cc = 150 mm, the values of the welding gaps are equal to:
Figure 00000008
which ensures the speed of collision of the layers during welding by explosion at the corresponding interlayer boundaries of the package:
Figure 00000009
After editing the welded multilayer package on a hydraulic press and trimming the side edges with the edges, the welded multilayer package is annealed at a temperature of 950 ° C for 2.5 hours.

В результате получают композиционный материал титан-сталь длиной 240 мм, шириной 210 мм, толщиной 16,8 мм, содержащий 21 слой из стали 12Х18Н10Т, 14 слоев из титана ВТ1-0 и 28 сплошных интерметаллидных прослоек толщиной 0,25 мм, обладающий повышенной коррозионной стойкостью и величиной допускаемого износа в условиях длительной эксплуатации в агрессивных средах, с пониженной в сравнении с прототипом в 5-7 раз скоростью изнашивания.The result is a titanium-steel composite material with a length of 240 mm, a width of 210 mm, a thickness of 16.8 mm, containing 21 layers of 12X18H10T steel, 14 layers of VT1-0 titanium and 28 solid intermetallic interlayers 0.25 mm thick, which has increased corrosion durability and the amount of allowable wear in long-term operation in aggressive environments, with a 5-7 times lower wear rate compared to the prototype.

Пример 3 (см. таблицу, опыт 3)Example 3 (see table, experiment 3)

То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения. Длина стальных и титановых слоев в пятислойных пакетах 370 мм, ширина 280 мм. Толщина стальных слоев δСТ=3 мм, титановых - δTi=2,4 мм. Соотношение толщин слоев стали и титана у всех пакетов δСТTi=1:0,8. Для сварки взрывом пятислойных пакетов выбираем взрывчатое вещество из рекомендуемого диапазона со скоростью детонации DBB=2400 м/с. Состав ВВ: смесь из 20% порошкообразного аммонита 6ЖВ и 80% аммиачной селитры. Высота заряда ВВ Нвв=150 мм, длина 390 мм, ширина 300 мм. Величины сварочных зазоров равны: h1=h2=2,2 мм, h3=11 мм, h4=2,2 мм, что обеспечивает скорости соударения слоев при сварке взрывом на соответствующих межслойных границах пакетов: V1=540 м/с, V2=490 м/с, V3=520 м/с, V4=470 м/с.The same as in example 1, but the following changes. The length of the steel and titanium layers in five-layer packages is 370 mm, and the width is 280 mm. The thickness of the steel layers δ ST = 3 mm, titanium - δ Ti = 2.4 mm. The ratio of the thicknesses of the layers of steel and titanium for all packages δ ST : δ Ti = 1: 0.8. For explosion welding of five-layer packages, we select an explosive from the recommended range with a detonation speed D BB = 2400 m / s. Composition of explosives: a mixture of 20% powdered ammonite 6GV and 80% ammonium nitrate. The height of the explosive charge N cc = 150 mm, length 390 mm, width 300 mm. The values of the welding gaps are equal to: h 1 = h 2 = 2.2 mm, h 3 = 11 mm, h 4 = 2.2 mm, which ensures the speed of collision of the layers during explosion welding at the corresponding interlayer boundaries of the packages: V 1 = 540 m / s, V 2 = 490 m / s, V 3 = 520 m / s, V 4 = 470 m / s.

Горячую прокатку сваренных пятислойных пакетов осуществляют при температуре 740°С с обжатием 84%. После прокатки составляют многослойный пакет под сварку взрывом, содержащий 6 прокатанных пятислойных заготовок. Длина каждой пятислойной заготовки 330 мм, ширина 260 мм, толщина 2,2 мм. Для сварки взрывом многослойного пакета используют ВВ со скоростью детонации DBB=3100 м/с. Состав ВВ: смесь из 33% порошкообразного аммонита 6ЖВ и 67% аммиачной селитры. Высота заряда ВВ Нвв=150 мм, длина 350 мм, ширина 280 мм. Величины сварочных зазоров равны:

Figure 00000010
что обеспечивает скорости соударения слоев при сварке взрывом на соответствующих межслойных границах пакета:
Figure 00000011
После правки на гидравлическом прессе и обрезки боковых кромок с краевыми производят отжиг сваренного многослойного пакета при температуре 1000°С в течение 1 ч.Hot rolling of welded five-layer packages is carried out at a temperature of 740 ° C with a compression of 84%. After rolling, a multilayer package for explosion welding is formed, containing 6 rolled five-layer billets. The length of each five-layer blank is 330 mm, the width is 260 mm, and the thickness is 2.2 mm. For explosion welding of a multilayer package, explosives are used with a detonation velocity D BB = 3100 m / s. Composition of explosives: a mixture of 33% powdered ammonite 6GV and 67% ammonium nitrate. The height of the explosive charge N cc = 150 mm, length 350 mm, width 280 mm. Values of welding gaps are equal to:
Figure 00000010
which ensures the speed of collision of the layers during welding by explosion at the corresponding interlayer boundaries of the package:
Figure 00000011
After dressing on a hydraulic press and trimming the side edges with the edges, the welded multilayer package is annealed at a temperature of 1000 ° C for 1 h.

В результате получают композиционный материал титан-сталь длиной 310 мм, шириной 240 мм, толщиной 13,2 мм, содержащий 18 слоев из стали 12Х18Н10Т, 12 - из титана ВТ1-0 и 24 сплошных интерметаллидных прослоек толщиной 0,2 мм, обладающий повышенной коррозионной стойкостью и величиной допускаемого износа в условиях длительной эксплуатации в агрессивных средах, с пониженной в сравнении с прототипом в 4-6 раз скоростью изнашивания.The result is a titanium-steel composite material 310 mm long, 240 mm wide, 13.2 mm thick, containing 18 layers of 12Kh18N10T steel, 12 of VT1-0 titanium and 24 solid intermetallic interlayers 0.2 mm thick, which has increased corrosion durability and the amount of allowable wear in long-term operation in aggressive environments, with a 4-6 times lower wear rate compared to the prototype.

Figure 00000012
Figure 00000013
Figure 00000014
Figure 00000015
Figure 00000012
Figure 00000013
Figure 00000014
Figure 00000015

При получении композиционного материала титан-сталь по прототипу (см. таблицу, опыт 4) получают композиционный материал толщиной около 0,6-3 мм, содержащий от 12 до 20 слоев из титана ВТ1-0, от 6 до 10 слоев углеродистой стали марки 08 и 12-20, расположенных между титановыми и стальными слоями сплошных интерметаллидных прослоек толщиной 0,006-0,01 мм, не обладающий коррозионной стойкостью в условиях агрессивных сред, с повышенной величиной допускаемого износа в парах трения как у изделий, полученных по предлагаемому способу, но обладающий в сравнении с ним повышенной в 4-8 раз скоростью изнашивания.Upon receipt of the titanium-steel composite material according to the prototype (see table, experiment 4), a composite material with a thickness of about 0.6-3 mm is obtained, containing from 12 to 20 layers of titanium VT1-0, from 6 to 10 layers of carbon steel grade 08 and 12-20, located between the titanium and steel layers of continuous intermetallic interlayers with a thickness of 0.006-0.01 mm, not possessing corrosion resistance in aggressive environments, with an increased value of allowable wear in friction pairs as with products obtained by the proposed method, but having compared to neither increased 4-8 times the rate of wear.

Claims (1)

Способ получения композиционного материала титан-сталь, включающий получение сваркой взрывом многослойных заготовок из слоев титана и стали с последующей их горячей прокаткой, составление многослойного пакета из полученных многослойных заготовок с последующей его сваркой взрывом, отжиг многослойного пакета для формирования на границах раздела сваренных между собой металлов сплошных интерметаллидных прослоек с охлаждением полученного композиционного материала на воздухе, отличающийся тем, что получают пятислойные заготовки из чередующихся слоев коррозионно-стойкой стали и титана, размещенных из условия последующей сварки в многослойном пакете стальных слоев между собой, с соотношением толщин слоев стали и титана 1:(0,8-1) при толщине каждого слоя стали 2-3 мм путем сварки взрывом каждой из них при скорости детонации взрывчатого вещества (ВВ) 2400-2750 м/с, причем высоту заряда ВВ и сварочные зазоры между слоями при сварке каждой заготовки выбирают из условия получения скоростей соударения слоев между собой в пределах 470-670 м/с, горячую прокатку сваренных пятислойных заготовок производят при температуре 720-740°С с обжатием 75-84%, а многослойный пакет составляют затем из 6-8 полученных пятислойных заготовок, его сварку взрывом осуществляют при скорости детонации ВВ 2400-3100 м/с, при этом высоту заряда ВВ и сварочные зазоры между пятислойными заготовками при сварке многослойного пакета выбирают из условия получения скоростей соударения их между собой в пределах 440-610 м/с, а отжиг сваренного многослойного пакета производят при температуре 900-1000°С в течение 1-7 ч. A method for producing a titanium-steel composite material, including the production of multilayer billets from layers of titanium and steel by explosion welding, their subsequent hot rolling, the preparation of a multilayer package of the obtained multilayer billets, followed by its explosion welding, annealing of the multilayer package to form welded metals at the interfaces continuous intermetallic layers with cooling of the obtained composite material in air, characterized in that five-layer blanks are obtained from black traveling layers of corrosion-resistant steel and titanium, placed from the conditions of subsequent welding in a multilayer stack of steel layers with each other, with a ratio of the thicknesses of the layers of steel and titanium 1: (0.8-1) with a thickness of each layer of steel 2-3 mm by explosion welding each of them at a detonation velocity of explosive (BB) of 2400-2750 m / s, and the height of the explosive charge and welding gaps between the layers during welding of each workpiece are selected from the conditions for obtaining the speeds of collision of the layers with each other within 470-670 m / s, hot rolling welded five-layer billets OK is produced at a temperature of 720-740 ° С with compression of 75-84%, and the multilayer package is then made up of 6-8 obtained five-layer blanks, its explosion welding is carried out at a detonation speed of EXPLOSIVES 2400-3100 m / s, while the charge height of the EXPLOSIVES and the welding gaps between the five-layer workpieces when welding a multilayer package are selected from the conditions for obtaining their collision speeds between themselves within 440-610 m / s, and the annealed welded multilayer package is produced at a temperature of 900-1000 ° C for 1-7 hours.
RU2011114484/02A 2011-04-13 2011-04-13 Method of producing titanium-steel composite material RU2463139C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011114484/02A RU2463139C1 (en) 2011-04-13 2011-04-13 Method of producing titanium-steel composite material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011114484/02A RU2463139C1 (en) 2011-04-13 2011-04-13 Method of producing titanium-steel composite material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2463139C1 true RU2463139C1 (en) 2012-10-10

Family

ID=47079463

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011114484/02A RU2463139C1 (en) 2011-04-13 2011-04-13 Method of producing titanium-steel composite material

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2463139C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2685321C1 (en) * 2018-04-06 2019-04-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Method for producing composition material from copper, titanium and steel
CN113682005A (en) * 2021-07-20 2021-11-23 吕林 Titanium steel composite board produced based on transition intermediate blank and preparation method thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3137937A (en) * 1960-10-26 1964-06-23 Du Pont Explosive bonding
US4272005A (en) * 1978-01-17 1981-06-09 Imperial Chemical Industries Limited Explosive cladding
RU2174458C2 (en) * 2000-01-12 2001-10-10 ОАО Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение Method of making large-size bimetallic steel-titanium sheets by explosion welding
RU2293004C1 (en) * 2005-05-03 2007-02-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) Titanium-steel composition material producing method
RU2397850C1 (en) * 2009-06-11 2010-08-27 Закрытое акционерное общество "Энергометалл" Procedure for fabrication of flat bi-metallic work-piece by explosion welding

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3137937A (en) * 1960-10-26 1964-06-23 Du Pont Explosive bonding
US4272005A (en) * 1978-01-17 1981-06-09 Imperial Chemical Industries Limited Explosive cladding
RU2174458C2 (en) * 2000-01-12 2001-10-10 ОАО Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение Method of making large-size bimetallic steel-titanium sheets by explosion welding
RU2293004C1 (en) * 2005-05-03 2007-02-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) Titanium-steel composition material producing method
RU2397850C1 (en) * 2009-06-11 2010-08-27 Закрытое акционерное общество "Энергометалл" Procedure for fabrication of flat bi-metallic work-piece by explosion welding

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2685321C1 (en) * 2018-04-06 2019-04-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Method for producing composition material from copper, titanium and steel
CN113682005A (en) * 2021-07-20 2021-11-23 吕林 Titanium steel composite board produced based on transition intermediate blank and preparation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2486999C1 (en) Method of producing coating
CN105478475B (en) A kind of method of rolling high-strength degree composite metal plate
Dragobetskii et al. Development of elements of personal protective equipment of new generation on the basis of layered metal compositions
CN103586574A (en) Explosive welding forming method of magnesium and aluminum alloy composite plates
RU2373036C1 (en) Method of fabrication of wear resistant coating
CN105478476B (en) A kind of method of rolled metal complex plate strip
RU2649929C1 (en) Method of heat-resistant intermetallide coating producing on the surface of the low-carbon steel plate
CN107931327A (en) A kind of manufacture method of pipe line steel and stainless steel hot-rolling composite plate and application
RU2350442C2 (en) Method of wear-resistant coating receiving
RU2679814C1 (en) Method for obtaining wear-resistant coatings on surfaces of copper and magnesium alloy plates
RU2399471C1 (en) Method for production of composite aluminium-nickel articles with inner cavity by means of explosion welding
RU2463139C1 (en) Method of producing titanium-steel composite material
RU2463140C1 (en) Method of producing titanium-aluminium composite material
RU2293004C1 (en) Titanium-steel composition material producing method
RU2463141C1 (en) Method of producing titanium-steel composite material
CN109986192A (en) Aluminum steel connector explosion welding method
CN106141413A (en) A kind of explosion welding method of extra-thick plate
CN110202249B (en) Overlength and overlarge area titanium steel composite plate and manufacturing method thereof
RU2370350C1 (en) Method of producing composite titanium-aluminium material
RU2701699C1 (en) Method of obtaining wear-resistant coatings on surfaces of plates from aluminum alloy and copper
RU2649920C1 (en) Method of heat-resistant intermetallide coating producing on the surface of the low-carbon steel plate
RU2649922C1 (en) Method of producing heat-resistant intermetallide coating on the surface of the plate
RU2711284C1 (en) Method of obtaining wear-resistant coatings on surfaces of plates from copper and aluminum alloy
RU2391191C1 (en) Method of producing wear-resistant coatings
RU2685321C1 (en) Method for producing composition material from copper, titanium and steel

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130414