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金属爆炸复合材料的热处理
作者: 发布日期:2018/09/29 关注次数:543

  

  热处理是单金属材料为获得一定组织和性能的重要加工工序,也是金属爆炸复合材料为获得一定组织和性能的重要加工工序。这类材料的类型亦有退火、淬火、回火、正火和时效等。本文以几种爆炸复合板的退火为例,讨论与此有关的问题。

  1试验用材

  本试验使用了如下几种爆炸复合板:钛-钢、不锈钢-钢、镍-钛、镍-不锈钢、铜-铝、铜-ly12、铜-ly2m和锆-钢等。

  2试验方法

  将上述爆炸复合板样品的坯料按表1所示的工艺进行退火。然后开展如下工作:

  (1)将上述坯料的一部分用爆炸焊接的金相技术制成金相样品,在金相显微镜下观察不同退火工艺下复合板结合区的微观组织,并摄制相应的金相照片。

  (2)用上述钛-钢、不锈钢-钢、镍-钛和镍-不锈钢复合板的坯料制成剪切试样,在万能材料试验机上测试其剪切强度,并绘制这些数据在不同退火工艺下的变化曲线。

  (3)用钛-钢、不锈钢-钢、镍-钛和镍-不锈钢复合板的金相样品,按预定的程序和方法在显微硬度计上测量显微硬度,并绘制相应材料的结合区显微硬度分布曲线。

  3试验结果和分析

  用上述试验方法获得的结果如图1至图6所示。

  图1不同工艺下的退火对钛-钢爆炸复合板结合区微观形貌的影响×50

  (a)爆炸态(b)500℃(c)600℃(d)700℃(e)800℃(f)850℃(g)900℃(h)1000℃(均为空冷)

  3.1复合板的结合区组织

  由图1可见,钛-钢复合板结合区的微观形貌在退火以后发生了明显的变化。图1a为退火以前、即爆炸态的组织形态。由该图可见,其结合界面为波形形状。这种波形界面是爆炸焊接复合材料的过渡区所特有的。由该图还可见,波形界面的两侧出现了两种不同形式的塑性变形组织,在钢侧,这种变形表现为晶粒被拉长,就象常规轧制加工中的变形纤维一样。并且,在界面附近变形程度最严重,随着与界面距离的增加变形程度减弱。在波形以下的地方呈现出钢的原始组织,还可见到一些双晶。在高倍放大的情况下,在界面上可观察到亚晶粒和类似再结晶的等轴晶粒。在钛侧,金属的变形以从界面飞向钛内的“飞线”形式出现。这种飞线即绝热剪切线,实质上是一种特殊形式的塑性变形线[1]。钛内的双晶比钢内多。波前有一个漩涡区,这里汇聚了爆炸焊接过程中形成的大部分熔化金属,其中少量分布在波脊上,其厚度以μm计。具有如此特征的结合区即为爆炸焊接金属复合材料的焊接过渡区。

  退火后,结合区内的组织形态发生了许多变化:500℃时钛侧的飞线消失,钛开始再结晶,而钢侧的变形流线尚存(图1b)。600℃下退火钛的晶粒在长大;钢侧个别地方虽仍有变形流线,然而绝大部分也开始了再结晶,珠光体数量减少(图1c)。700℃退火时,钢中的变形组织完全消失,珠光体也消失,晶粒在长大;钛的晶粒则长得更大一些(图1d)。800和850℃退火后钛和钢的晶粒还在长大,此时在它们的界面上出现一种断续的团状新相区(图1e、f)。900℃时那种新相区已连接成带(图1g)。此时,由于钢中的铁向钛侧扩散,使钛的α→β相变温度升高,即在此温度下还未发生那种相变(该相变温度为882℃)。当温度升到1000℃后,钛侧便由α-ti转变成β-ti。并且,由于铁、碳和钛元素通过界面的彼此扩散,使得界面上及其两侧出现若干有明显区别的组织形态区(图1h),即含有大量金属间化合物的中间层。

  表1几种爆炸复合板的退火工艺

复合材料 退火温度/℃ 保温时间/h
钛-钢不锈钢-钢镍-钛镍-不锈钢锆-钢铜-铝铜-ly12 铜-ly2m 500 500 500 500 500 300 300 300 600 600 600 600 600 350 350 350 700 700 700 700 700 400 400 400 800 800 800 800 800 450 450 450 850 900 900 900 900 500 500 500 900 1000 1000 1000 1000 550 550 550 1000 1100 1 1 1 1 1 0.5 0.5 0.5
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