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。

& n! e+ |# S P" n1 [( ^ 2 x+ }% q5 F; G4 `

　　1试验用材

; T* m* M @0 O j f1 l

　　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。

' i3 n0 _. q$ z T6 r

　　2试验方法

% d0 Z; p5 h" p 7 o5 t+ u+ E- t. F0 f- d( N2 G! i

　　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：

( }) I% v5 _- F$ ^/ O

　　(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。

3 T6 h: [ t5 F: |

　　(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。

' d+ n# ]7 m! 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。

- u+ ?& }% v ~# d4 ~' o

　　3试验结果和分析

/ p+ f' h% j9 k w3 Q1 ` 5 V6 \" ]& e% Z9 |, s

　　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

( @; o3 o; n: i6 x m2 @; \1 A

　　(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

2 D4 d: y* d5 y$ l7 }4 z) P1 }/ J % u7 }5 c- e' ~. B6 R

　　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。

* ?4 \4 A8 d6 }; W# K [. Y - y3 W4 r* k( h/ r

　　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。

: q( M v* A, C3 P+ U. a! k& H

　　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 ' o. s- N# Z% k& @7 M2 c* B间／h
钛-钢 不锈钢-钢 7 K( Z% }% ?$ |/ c# x2 r% x' \2 v镍-钛 / Z9 l0 c3 q7 h* E( a镍-不锈钢 3 S# ^6 E4 N" u. G% r锆-钢 铜-铝 4 [- y8 C; |3 N铜-LY12 3 o+ [6 [' b7 q5 J6 W铜-LY2M	500 500 * c. W8 v" g/ ~4 X500 ) F7 c) U. j1 O. A B500 ( U% _: w8 F5 W0 ?( S* ^6 A500 300 300 ! ^& Q5 D% E: S" N300	600 3 x6 p6 B0 S) o* z: t600 600 600 600 350 % [7 f, v2 P9 v) A: C350 $ Z* i! D% \% j+ k* v) H350	700 " }9 p: X( `% u, C$ k700 700 , l- |9 A3 s8 W8 J: m/ Q: i700 + c$ l/ ? n+ M& S( C) P4 i700 7 W$ u# E* E# k1 j400 400 400	800 ) x. V1 N2 q. {. t- L6 K800 / n. b2 i2 [0 ^- s& a800 # G7 Z8 y7 P* U& z* G800 800 % D& y# O# i- t450 450 ( J- H) A& a5 F) b& d+ [% A450	850 900 - a( [& ^8 s8 |9 R, h l4 c900 % R- \' g X6 c m% b6 i7 m900 5 z+ K* ~. d) u, d9 m: Z900 $ a4 r. ]- o; x500 ( S2 l# I. H1 e3 L0 d8 S m500 500	900 ' V# a' Z6 {* P# r/ K1000 1000 ( Z& e# ^% G' J$ v1000 ! R" f* I/ K- N9 H) [1000 550 550 . f- i) L5 ]; B! n550	1000 1100	1 9 [4 ?; h+ h# r3 |$ W! F1 1 1 1 $ X6 k2 z) x. t/ H0.5 0.5 0.5

4 E$ I8 e5 G& [ z/ V ' D! S l8 [, H$ g% L , B) `& P0 D3 O