金属爆炸复合材料的热处理

HEATS

　　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。

2 l/ m) G) f/ z3 }& g3 t9 c

　　1试验用材

! ]) b1 J& T0 ] U

　　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热处理。然后开展如下工作：

" z, q8 q2 T. R* z( X! Z

　　(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。

. c! \' {6 V1 h8 p

　　(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。

. F7 G2 B% L: a , @7 t7 L! a- V- `' E* j

　　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。

/ ]! X, z9 X1 u4 k# x' D 4 a0 W4 | k9 d9 x7 w/ p

　　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

: i9 C+ U0 w2 t1 C

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

9 N" @6 c9 X" N6 {& ` 6 B4 H- Q0 ]$ F) F W

　　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。

- H2 E( K/ z$ X' h6 C

　　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 8 h) f4 O7 A* a铜-LY2M	500 500 500 ) [: h, `6 L) r' ?500 l t# ?. w) d' G( b4 J/ I4 e& A500 8 [; _9 Z4 h0 ]% v- A C300 9 j$ _' x2 D! j4 ~: p300 300	600 600 # L+ S- z$ c+ E4 _. e Z600 1 }2 h/ |5 Q- E2 [3 x600 + g6 b5 T( G( B; y( P1 ~600 350 6 X- `' ]$ d: b+ y4 L- I! D w5 K' N350 ; ^6 q2 J, [9 @' w' |2 @; E* a9 z0 B350	700 3 ~5 m5 J+ A M700 700 ) Q' u7 c& q. a4 L700 3 V4 N" @2 p7 F/ D700 400 / a. O' m V0 O* Q# v400 400	800 800 800 800 ; A$ I+ Y% M6 Y# c800 9 m2 H% Y+ A/ G" W+ n3 d; h0 X450 450 450	850 : o( D6 g5 n7 c3 i D4 Q900 900 900 900 $ \: H0 f( H% @1 }- D/ b6 C5 H500 , E' c$ o& p, n500 & {) ?+ t; q4 u# Y b500	900 1000 1000 " {& Z8 ]" `% M) E! i1000 - \: [3 N$ r5 j+ z1000 550 . V. W7 m7 R3 H) h550 : m7 y9 V; x0 `9 x2 t/ L$ R7 K550	1000 1100	1 1 R, z+ s" Y8 j' a1 1 : c1 {! x! {* N1 q1 1 0.5 0.5 0.5

! O1 _" W& c9 v5 L