金属爆炸复合材料的热处理

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　　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。这类材料的热处理类型亦有退火、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。

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　　2试验方法

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　　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热处理。然后开展如下工作：

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　　(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。

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　　(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。

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　　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。

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　　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

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　　(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

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　　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。

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　　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。

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　　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 4 F/ {8 k1 f: o$ J- D间／h
钛-钢 : _/ w" i C/ O E* t! D不锈钢-钢 ! k) N: H9 Z. q; d7 s4 Q镍-钛 9 m# b0 D) r8 _镍-不锈钢 锆-钢 1 Z! Q5 J( Q# _1 H铜-铝 % u' L: M* D6 ^( s铜-LY12 铜-LY2M	500 5 ^$ ?, ?2 G' c5 i8 M7 n' s1 m500 5 q' }1 i0 k: z: W$ s500 500 500 : Y. e" _+ V$ @& X% g+ d300 300 3 S1 r3 ]; v$ ]- u6 M300	600 600 600 * W5 u- x) p7 g! z4 n" l* C1 F600 8 A) _1 c$ e9 p( O* {600 ! d" x. V9 I4 T# [350 4 @ R5 h1 `; \) J* k. w350 8 g3 ] W" t/ r8 d; [5 V, g4 e350	700 700 . G: L0 w2 y9 |- G/ }- b% G700 $ b- d6 S0 Q+ b4 v& \& V$ v9 e700 , r5 O0 ] \$ D% O6 i700 0 n& e% X, u; Y% Q) N d+ {400 400 1 e( y5 ? v, X" J5 A( T400	800 ! p& U: @1 H, i9 A, z800 3 X+ W* j* h& w2 V800 800 800 450 450 , A! T2 s2 ^. `5 Y; W' U. R& ^450	850 900 900 900 4 A' W5 U2 k5 g3 }8 b7 ?: ?900 500 3 r0 N0 @) n; e" H5 s8 _500 3 D! L; f1 o1 D6 z" g" z500	900 1000 : c6 r* o' {9 k$ w) U, r% @1000 0 N- D7 e8 n3 U1 D1000 # V; B: S/ P" {2 R% P1000 550 550 550	1000 % `( f" p; B8 k6 F1100	1 , k0 \- f% T) b, h" p( [( v' R1 1 % W z8 \' J$ S4 m6 T; ]: N* b1 + ^4 ~5 r% m- J1 0 Q3 @4 Q4 [) K4 m0.5 - W( x& U' C @0.5 ! \) X/ T, z Z( e0.5