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金属爆炸复合材料的热处理

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发表于 2010-9-12 14:17:52 | 显示全部楼层 |阅读模式

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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。

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  1试验用材

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  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:

1 @; H- F- H% H1 W; a9 e2 O, A! S) o: i

  (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。

- n0 t+ ~. X3 n. V 1 B" l. }4 i' S0 v" q4 z

  (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。

0 J* d! u1 `) ^# a" x 2 X1 Q2 l5 z7 ^% `1 d; c% r; I: {# I9 z

  (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。

# I# v$ i. f' x9 x- @ g s; Z$ n: Y" T8 c5 ?0 R, m

  3试验结果和分析

8 o2 | {) `- u0 T6 y: {4 ?4 f$ X) g$ a* M, H. L

  用上述试验方法获得的结果如图1至图6所示。

1 ~, F; E f* c7 c% t; B . r) o3 D/ f6 u" T

  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

: r' U' g5 _. p1 E5 P4 {; i 8 ^' H+ S5 G& s

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

' b" V5 L/ T3 g2 p 8 I! e; v Y$ S6 N7 `5 m; o( X7 h

  3.1复合板的结合区组织

0 V0 R7 G1 Y1 i ) B2 g6 ~; l; S) O

  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。

7 K& u: o i# h5 ^5 |( t K% N9 ^* d* a

  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。

7 g. ` T# d8 }, T0 v) M/ S% b ( a4 r" t& p8 u {# f

  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. w/ A. o: t% Q# H* g; m 间/h
钛-钢 a: `, r0 o J& m7 ^% }) s- p. u不锈钢-钢 6 _! i5 E# X1 b6 s m7 h. i镍-钛) q9 g4 B6 D! W6 |) _ 镍-不锈钢 - O0 v, h8 d q( n锆-钢 ~7 S% S r8 S5 X3 P 铜-铝 . r" R2 \' v9 a9 y% C8 `铜-LY12 @7 B. V" v9 m$ }铜-LY2M5008 |# e; q+ q: t6 {# x8 p+ b 500" a, }7 w/ I0 T& O# i 500! u' A6 a3 i+ T 500 ; h& g) S7 a+ N500 0 I! P7 C; b2 P1 {& t5 D/ J' e- F300# h' K! X% ^( m$ T 300' w! J4 s% v. p/ N; B1 N 300600" o; F. m% X$ Q; f 600* d7 `. Y/ U% |# R) q9 y" E) i 600 " i( [4 j6 e: Q F+ b600 # {( k% g) L2 O2 C' G# h$ i600$ z. e' s8 y% F* V- H/ w 350+ L; U0 D+ X5 n- s* u 3508 x. p, D F' J' c2 o0 Y* Y 350700 " `/ f) d' @& u# ~7007 P' m4 o' I6 w7 a L- { 700 & |# M, r t$ t' A* O5 H7000 V- `$ M) S* N3 }2 J- z' | 700 * D" s; T2 o e) e+ ~$ U400 ! M0 C2 A$ c, A: k# v7 I ?& `5 |400 $ n k- G0 ^& b! o; c400800 7 N0 [8 ~% U0 k9 ]800( X8 r! T7 M+ o4 C1 l6 B5 B 8000 u: s) n0 c; V/ P& C 800 + ]* r: c& Y1 V" ^- T0 F800 ; \, u/ ^1 B0 \. \9 e4503 {1 x/ a6 b( h" U6 S 4507 Y3 s) z6 V3 ?6 c5 }' e 450850 9 t( c& p, K6 H900 ! b5 x8 K1 `$ J; y900 ) E5 P2 e0 D: y; K6 a! a900 + [0 S9 Y% ~! H6 Y. ]5 h900 ) i8 R1 P7 M7 L1 Q) o- J500* |* @4 B- ?5 {2 u2 ]; D 500. J+ W: R/ N) O# T 5009003 T- u1 U; J: Z: I 1000 3 ?# w2 U" N( w* ?- h* ^# Z1000% d! r- _4 C! _3 w: m6 a 1000 ! B; k; Y+ C2 E* {9 I% r7 t1000 + r* _& q' x3 [: z' P& l& [0 D550; ?$ E+ U G, m- Y: b 550 9 K* y5 A" V6 M; [ o& H# A5501000 ! S: m% ?3 S |9 L, a11001- Q; W- N p' U4 `3 L& s; { 1 8 O7 Y# b4 \ r2 y1 3 u& }8 ^5 _, U' j1: @; ~# Z& }' ~, Y# p1 ]! l; Y 1 - l2 L1 L1 S+ M7 H0.5 , y# Z$ t" `& i# ^9 _0 g; Z# e0.5 7 v- k. Z; [% Z7 x! G% R0.5
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