TA2/不锈钢/Q235复合板的界面结构和失效行为

采用热轧复合法制备了TA2/不锈钢/Q235复合板,并对其开展了不同温度的轧后退火处理.利用扫描电镜、能谱以及X射线衍射等分析了退火温度对复合板界面附近微观组织、金属间化合物等特征的影响.通过显微硬度计和平面内压缩试验研究了退火温度对复合板变形以及力学性能的影响.结果 表明:从不锈钢侧到钛侧,界面依次由σ相(富Cr的Fe基固溶体)、X相(富Cr的TiFe2相)、TiCr2 +TiFe2 TiFe等化合物组成.随着退火温度的升高,σ相和TiFe的层厚相较于X相和TiCr2 +TiFe2增加更明显.显微硬度测试表明,随着退火温度的升高,Q235层硬度逐渐降低,而Ti层硬度则是先降低后升高,硬度升高主要与元素扩散有关.平面内压缩过程中,会发生TA2与不锈钢之间的层间开裂,且随着退火温度的升高,层间开裂越早,这主要与越厚的金属间化合物易萌生裂纹有关.     

低压循环相变对累积叠轧TA1/Q235钢复合板结合特性影响的研究

根据工业纯钛TA1和Q235钢两种材料相变温度接近的特点,提出了利用低压循环相变预复合-累积叠轧焊制备TA1/Q235钢复合板的新方法。研究结果表明:经过热循环后的试样,在变形过程中,C、Ti原子的扩散并不限于沿垂直于界面的方向,而是可以沿任意方向随机进行的,在Q235钢界面附近没有出现柱状晶,界面附近的铁素体晶粒,从界面附近沿心部成梯度分布;采用累积叠轧焊所制备出的TA1/Q235钢复合板的结合强度得到明显改善,在复合温度为850℃、低压循环相变3次所得到的TA1/Q235钢累积叠轧焊复合板结合强度达到257.3MPa。但是,当热循环相变次数过多时,会增加金属间化合物的厚度,对结合强度产生不利影响。     

服役温度对TA2/Q235爆炸复合板剪切强度的影响

通过热处理模拟TA2/Q235爆炸复合板服役过程,揭示服役条件对复合板组织及剪切性能的影响规律,探讨剪切损伤机理,明确TA2/Q235服役温度范围。结果表明:服役温度大于200 ℃时,服役温度越高或服役时间越长,TA2/Q235爆炸焊接复合板剪切强度越低;TA2/Q235爆炸焊接复合板高温服役时结合强度降低的主要原因是界面结合区组织的二次再结晶及金属间化合物的进一步长大;TA2/Q235爆炸焊接复合板适合在500 ℃以下长时间服役,500~600 ℃服役时间不能超过7天,若提高该材料服役温度到500 ℃以上,必须严格限制复合板结合界面金属间化合物的形成。     

退火温度对TA2/Q235爆炸复合板组织性能的影响

对TA2/Q235爆炸焊接复合板在500～600℃进行了退火处理,分析了退火温度对TA2纯钛晶粒尺寸及复合板显微硬度的影响规律。结果表明:TA2/Q235爆炸焊接复合板在500～600℃退火时,TA2纯钛晶粒尺寸先增大后减小再增大,575℃退火可获得细小均匀的组织; TA2纯钛显微硬度先减小再增大再减小,575℃退火时TA2纯钛显微硬度最高;综合考虑退火温度对TA2纯钛晶粒尺寸和力学性能的影响规律,TA2/Q235爆炸焊接复合板在575℃下退火较合理。     

TA1/Q235R爆炸焊接复合板界面组织及力学性能

通过扫描电子显微镜（SEM）和能谱扫描仪（EDS）等分析方法,结合力学性能试验,研究了TA1/Q235R爆炸焊接复合板的界面组织与力学性能。结果表明：TA1/Q235R在爆炸焊接后形成了规律的波状结合界面以及不均匀的漩涡状组织。漩涡组织主要由TiFe、TiFe2等脆性金属间化合物组成,漩涡组织中裂纹、夹杂物、脆性金属间化合物等缺陷导致界面的破坏易沿波形轨迹发生;钛/钢界面拉伸剪切强度达194 MPa,复合板的最大抗拉强度为440 MPa;拉剪断口表现为以脆性断口为主的混合断裂特征,断口特征表明漩涡组织中金属熔化层对钢侧的结合强度高于钛侧。板材拉伸断口为韧性断口。     

Q235/TA2复合板的焊接

钢／钛复合异种材料常规无法进行电弧焊接。设计了特殊的接头形式、采用合理的焊接工艺措施,完成钢／钛复合材料焊接的全过程,并满足产品设计技术要求。     

钒中间层钛/钢复合板结合界面结构与力学性能

利用真空热轧复合方法制备了钒中间层钛/钢复合板,采用SEM、EDS和XRD等分析结合界面形貌、元素扩散行为和界面相组成。结果表明:钒中间层钛/钢复合板界面实现了良好的冶金结合。与拉剪强度测试相结合,研究了钒中间层钛/钢复合板结合界面结构与力学性能。结果表明:钒中间层钛/钢复合板剪切强度均优于国家标准(140 MPa)。950℃轧制的复合板界面扩散层厚度大于900℃轧制的复合板扩散层厚度。钒中间层与Ti、Fe元素形成固溶体,有效阻止了金属间化合物TiFe和TiFe_2的产生。900℃轧制的钛钢复合板剪切强度为223 MPa,大于950℃轧制的复合板剪切强度。对剪切断口的分析表明裂纹多沿钒铁固溶体产生并扩展。     

TA1/Q235循环累积变形复合的试验研究

通过Gleeble-1500热模拟试验机研究了不同变形温度和变形量的累积叠轧焊过程,借助扫描电镜、显微硬度仪等手段,对循环累积变形复合后的Ti/Q235复合试样的界面生成物、显微硬度进行分析.结果表明:两母材元素在界面反应生成化合物,主要有TiC和Fe2Ti;温度达到950℃,或累积变形量达到150%,界面显微硬度均有减小趋势;大变形使界面生成的脆性化合物受挤压破碎、变形、分散,有利于金属结合.     

预制波纹钢/铝复合板轧制工艺模拟与界面结合性能研究

轧制复合法具有环保、可连续生产等优点,然而传统热轧过程中的界面氧化限制了钢/铝复合板的高质量生产。冷轧预制波纹+热轧平辊整平(波平轧制)工艺通过在Q235钢的表面波纹冷轧一层1060薄铝,有效地防止了Q235钢与5083铝合金直接热轧时钢的界面氧化。采用有限元模拟与轧制试验相结合的方法,研究了钢/铝复合板典型位置的受力情况与剪切性能的特点。结果表明：前波腰位置所承受的较大摩擦应力对钢、铝的结合具有促进作用;波谷与前波腰位置在轧制过程中产生了较大的塑性变形,促进了硬脆层的破裂,有利于钢、铝的结合;波谷与前波腰处的剪切强度优于波峰与后波腰。     

钛/钢复合板累积叠轧焊复合工艺的试验研究

进行了TA1/Q235钛/钢的累积叠轧焊试验,研究轧制温度、轧制道次、累积压下量等工艺参数对TA1/Q235复合板组织及结合性能的影响规律。结果表明采用累积叠轧焊方法不仅可以大幅度地提高TA1/Q235的结合强度,而且还可以获得连续均匀、组织细化的Q235的结合组织。     

TA2/Q235复合板用Ni基过渡层熔焊接头组织和性能

采用Ni基过渡填充材料,进行TA2/Q235复合板对接熔化焊试验,研究了接头组织形貌、成分分布、相组成及力学性能. 结果表明,近焊缝区,TA2覆层组织主要是板条α相,Q235基层组织为块状珠光体和铁素体;焊缝中Ti层组织主要为呈树枝晶生长的β相,并含有NiTi₂,Ni₃Ti,TiFe,TiFe₂和TiCr₂相,Ni基层中主要是γ-Ni,并含有少量Fe₃Ni₂,CrNi₂和(CrNiMo)化合物,Ti层与Ni基层之间存在宽约50 μm过渡层,过渡层中存在大量针叶状NiTi₂,NiTi金属间化合物,被CrNi₂相包覆,从Ti层到Ni基层,Ti元素缓慢下降,Ni元素先升高后降低,Cr,Mo元素波动升高;Ti层及与Ni基焊缝的过渡层中的金属间化合物和脆性相,提高了硬度,降低了塑韧性.     

Q235B/304复合板焊缝元素扩散分析与性能研究

采用SMAW焊接Q235B/304双金属复合板。利用光学显微镜和EDS分析焊接接头显微组织及合金元素分布,测试焊接接头力学性能。结果表明,焊缝组织主要为奥氏体和少量δ铁素体。碳钢侧熔合线附近C元素发生了少量扩散,Mo元素稀释明显,Cr元素有少量稀释,Ni元素未出现明显稀释。THNi317-THA062焊缝金属扩散层及不锈钢侧焊道未出现明显的C元素扩散和合金元素稀释。焊接接头平均抗拉强度为501 MPa,焊缝和热影响区冲击功分别为129 J和65 J,焊接接头各区硬度均低于350 HV_(10),满足技术指标和使用性能要求。     

爆炸焊接TA1/Al复合管的界面及性能研究

采用爆炸焊接工艺对TA1管材及Al管进行了爆炸复合。利用SEM、XRD对复合管结合区形貌及相组成进行了研究;测试了复合管的结合强度及过渡区的显微硬度,并进行了轴向压缩、径向压扁试验。结果表明:直线状及波状界面同时存在于过渡区;过渡区域出现了明显的元素扩散现象;界面结合强度不低于纯铝剪切强度;轴向压缩、径向压扁后的复合管试样均未出现分层,说明TA1/Al复合管坯界面结合性能优异,可以承受大的塑性变形。     

钛/钢复合板爆炸焊接试验及结合界面研究

为探讨造成钛/钢爆炸焊接复合板结合质量差、末端易出现不同程度开裂区域的原因,进行了钛/钢复合板的爆炸焊接试验,并对结合界面进行了光学金相分析(OM)、电镜扫描(SEM)及能谱线扫描(EDS)。结果表明,平行于结合界面的剪应力是结合界面的主要受力状态;复合板末端处平行于结合界面的剪应力过大、沿部分已焊接界面和Fe基体一侧撕裂,是造成复合板末端开裂的主要原因;优化装药工艺可减小结合界面脆性金属间化合物层的厚度、减缓末端的开裂程度,并显著提高焊接质量。     

热变形参数对316L/Q370qE复合板结合强度的影响

通过Gleeble-3800热压缩试验模拟316L/Q370qE复合板轧制,并借助拉伸试验、硬度试验、组织分析等手段,研究了变形量、变形温度、变形前保温时间等参数对界面结合强度的影响规律.结果表明:随着变形量的增加,结合强度逐渐升高,变形量大于20％时,结合强度升高趋势变缓;随着变形温度的升高,结合强度先升高后降低,1...     

退火对TA1/5052爆炸复合板界面组织与性能的影响

将TA1/5052爆炸焊接复合板在350、400及450 ℃分别保温1、3、6、9 h退火,对退火前后复合板组织和性能进行分析。结果表明:随退火温度升高,原子扩散加剧,界面形成的扩散层逐渐变厚;退火过程中铝易于向钛侧扩散,白色亮带和柯肯达尔孔洞主要位于靠近界面的5052铝合金侧;退火前界面处物相组成为α-Ti、α-Al、TiAl₃,经350、400 ℃退火3 h及450 ℃退火1、3、6、9 h后,物相组成不变。经不同温度退火后,复合板界面抗拉强度低于退火前,而断面收缩率和伸长率明显高于退火前。拉伸断口分析表明,复合板TA1侧为以脆性断裂为主、韧性断裂为辅的韧脆混合断裂,5052侧为韧性断裂;复合板在350 ℃退火时界面剪切强度和剥离强度最大,较爆炸态分别增加8.24%和45.68%,随退火温度升高,界面剪切强度和剥离强度降低。退火前后界面结合区硬度均高于基复板两侧硬度,且随离界面距离增加,硬度逐渐降低直至降至钛铝两侧母材硬度。退火后界面结合区硬度明显低于爆炸态硬度。