大规格爆炸钛/钢复合板力学性能及界面的研究

分别以3 mm×3 m×7 m的TA2板和9 mm×3.2 m×7.2 m的Q235钢板作为覆板和基板,使用四种不同成分的炸药制备了大规格TA2/Q235钛/钢爆炸复合板,并对复合板的剪切强度以及界面组织进行了研究。结果表明,炸药的爆速、猛度和做功能力随乳化炸药含量的增多而增大。经UT检测,使用4#炸药爆炸制备的钛/钢复合板结合率接近100%;平均剪切强度最高为278 MPa。爆炸钛/钢复合板都存在一定厚度的界面层,炸药做功能力越强,界面层厚度越薄。该试验所制备的钛/钢复合板界面层厚度最薄仅为1.1μm。爆炸钛/钢复合板界面层的形成是Ti和Fe元素互扩散的结果。扩散过程中,在高温的作用下,界面层中容易形成β-Ti、TiFe和TiFe2金属间化合物。     

铜合金-钢双金属柱塞液压泵转子材料的研制

本文采用预合金化粉末,在400MPa压力下压制,于910℃、H2气中烧结1h,获得了组织结构不同于铸造材料、可在910℃下进行扩散焊和热处理、用于制造柱塞液压泵双金属转子的F10-2-3材料(本单位命名);分析了成分相同、制备工艺不同的两种10-2-3材料在910℃下扩散焊接,前者材料不变形,后者异常膨胀的机理;本研究材料在910℃与钢扩散焊接,双金属扩散焊接的抗拉强度达到260 MPa。模拟柱塞孔的脱出试验,有色层脱出力达到19.2kN/cm2,可从根本上解决柱塞液压泵双金属产品结合力差的问题。     

基于DIC方法R60702/TA2爆炸焊接复合板力学性能研究

锆-钛爆炸焊接复合板的应用用越来越广泛,力学性能是关注的重点。爆炸焊接过程对复合板力学性能的影响至关重要。对锆-钛爆炸焊接复合板进行分层拉伸试验,结合扫描电子显微镜(SEM)对拉伸试验后断口形貌进行观察,研究了爆炸焊接后锆-钛复合板沿着厚度方向拉伸力学性能的变化;通过引伸计法和数字图像相关(DIC)方法得到拉伸试验的应变;使用数字图像相关方法对弯曲试验全场应变进行测量,并与有限元模拟得到的弯曲应变场进行比较。结果表明:锆-钛结合界面层抗拉强度最大,断后延伸率最小;随着与结合界面距离的增加,钛侧的抗拉强度逐渐减小,断后延伸率缓慢增加;数字图像相关方法和引伸计法得到的弹性模量相对误差为1. 06%;不同分层之间的断口形貌存在差异,离结合界面越远,材料的塑韧性越好;数字图像相关方法和有限元方法得到的弯曲应变场吻合较好,相对误差不超过5%。     

QAl10-4-4/TC6双金属连接界面组织与力学性能分析

铜合金/钛合金双金属材料能发挥各自的性能优势,兼具轻质、耐磨、高强等优异性能。本文通过真空热压扩散法连接QAl10-4-4铝青铜和TC6钛合金,并采用显微组织观察和剪切强度测试等方法,研究了直接连接和添加AgCuZnCd连接的QAl10-4-4/TC6双金属的界面组织和力学性能,探究了连接参数与中间层对QAl10-4-4/TC6双金属连接质量的影响规律,分析了双金属界面过渡层形成机理,建立了连接工艺-界面组织-力学性能的内在关联。结果表明：直接扩散连接的QAl10-4-4/TC6双金属连接质量较差,生成的金属间化合物导致界面上生长了贯穿长裂纹,剪切强度仅有21 MPa;添加AgCuZnCd连接QAl10-4-4/TC6双金属后界面金属间化合物减少,当连接温度为850 ℃时,界面剪切强度最大为178.19 MPa,温度超过850 ℃时,双金属界面强度迅速降低。     

钛-铝复合板界面组织及其对加工性能的影响

使用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)和显微硬度计(MHTM)对爆炸焊接钛-铝复合板的爆炸态、退火态、轧制态界面进行了研究.结果表明:结合面呈波状结合,距爆炸点越远,界面波的波长和波幅越大;周期性轧制裂纹的分布和界面波波形的分布吻合;复合板的界面分布着周期性中间相,中同相由TiAl和TiAl<,2>组成;在450℃×10 h,490℃×3 h的退火条件下,界面钛铝原子相互扩散不明显,更不会生产中间相.由于爆炸硬化和爆炸热效应的共同作用,界面附近钛板和铝板硬度分布规律不同.周期性轧制裂纹是变形时界面的附加拉应力引起的,裂纹源在钛层的最薄处,界面波形参数过大是钛板面出现轧制裂纹的主要原因.爆炸复合时应严格控制波形参数和中间相.     

感应加热温度对冷?热轧制成形钛/钢复合板界面的影响

对钛/钢组坯进行冷轧预复合成形,将钛/钢预复合板感应加热至热轧温度后单道次热轧成形制备了钛/钢复合板,研究了感应加热温度对钛/钢复合板的界面组织和界面结合性能的影响。结果表明,冷?热轧制复合法制备的钛/钢复合板的界面结合紧密,没有孔洞和间隙。钛/钢复合板由于感应加热和热轧的时间较短（<5 s）,钛/钢界面仅有少量硬化层碎块,没有金属间化合物析出。钛/钢复合板的界面Ti和Fe元素扩散层宽度随感应加热温度增大而增大,950 ℃时界面扩散层宽度达到8 μm。在感应加热温度为750 ~ 950 ℃的条件下,钛/钢复合板的界面结合良好。      

爆炸焊接装药方式对钛/钢复合板组织及性能的影响

分别采用等厚度装药及分段装药两种不同的装药方式制备了钛/钢复合板,研究了金属复合板在爆炸焊接过程中爆炸压力分布及覆层金属变形规律,并对所制备的Gr1/Gr70爆炸复合板结合界面的微观组织特征和力学性能进行了分析。结果表明,采用分段装药工艺所制备的大面积钛/钢复合板界面无分层、夹杂等缺陷,且各项力学性能均符合ASTM B898—2005标准,能够满足装备的使用要求。     

退火温度对镍/铜爆炸复合板微观组织与力学性能的影响

通过爆炸焊接工艺制备Ni/Cu层状复合板,通过光学显微镜、扫描电镜、电子探针和能谱仪以及拉伸、剪切和硬度实验,研究退火温度对Ni/Cu复合板显微组织和力学性能的影响规律。结果表明：随退火温度升高,复合板界面两侧Ni、Cu基体晶粒尺寸增大,界面元素扩散层厚度增加,退火温度为600℃时,元素扩散层厚度达到5.82μm。200℃退火后复合板的硬度分布相比于爆炸态变化不大,退火温度为400℃和600℃时,界面硬度(HV1)分别为65.1和66.1,明显低于爆炸态(160.2);爆炸态及200、400和600℃退火后复合板的抗拉强度分别为351.6、305.9、281.7和284.8 MPa,伸长率分别为2.6%、7.8%、39.1%和39.4%;退火温度为400℃时,复合板的剪切强度达到最大值,为191.3 MPa,比爆炸态提高了17.5 MPa。     

喷射成形及轧制钢/Al-Pb合金复合板材的界面结合强度

对喷射成形钢/Al-Pb复合板的界面结合进行了研究,结果表明喷射成形的钢/Al-Pb复合板经变形量达50%左右的轧制和320℃×5h退火处理后可获得良好的界面结合,其剪切强度可达72MPa。分析显示双金属界面结合强度的提高是扩散层形成的结果。     

电沉积-水热合成法制备的生物陶瓷涂层与基体界面结合强度

采用电沉积水热合成法和高温煅烧相结合的方法,制备了生物陶瓷涂层,研究了涂层与基体间过渡层的物相组成和界面结合强度。用X射线(XRD)、扫描电镜(SEM)和粘接拉伸法进行分析。研究结果表明:水热合成后,界面结合强度较低,为7.04MPa。在空气中煅烧,700℃以下时,界面出现极薄TiO_2层,同时随着煅烧温度的升高,界面结合强度提高;800℃以上时,由于厚而疏松的TiN过渡层的出现,界面结合强度反而下降。为获取对骨生长有利的HAP+β-Ca_3(PO_4)_2双相结构,且界面结合强度高的涂层材料,将原始试样用NaOH碱液处理,电沉积水热合成后,在氢气中于900℃煅烧,过渡层为薄且致密的TiO_2层,可获得高的界面结合强度,为22.39MPa。     

碳钢/不锈钢液固浇铸复合界面特性研究

界面特性对于碳钢/不锈钢双金属复合材料的质量控制至关重要。基于碳钢/不锈钢液-固复合新材料与工艺开发需要，对Q235/304液-固浇铸复合工艺进行了凝固模拟分析，并利用浇铸实验与剪切实验研究了液-固复合界面的组织与成分变化行为及其对后续轧材力学性能的影响。研究表明，不锈钢基板结合面凹槽化预处理有助于提高整体浇铸复合效果；实现有效冶金复合的温度与界面重要条件则为较高的碳钢过热钢液与不锈钢基板预热温度。其中，液-固复合工艺实现2钢种界面冶金复合的主要特征是：基板界面侧产生有一定厚度的重熔层；复合界面具有一定厚度的合金元素扩散层。据此，获得的液-固复合界面热轧态剪切强度达400 MPa以上，远高于国标210 MPa的门槛值，有望更好地提高这类双金属复合材料的服役性能。     

钛对铌-钛微合金化700L大梁钢组织和性能的影响

对不同钛含量的700L汽车大梁钢母材及熔化极性气体保护焊(MAG)焊接后试样的显微组织、力学性能进行对比研究。结果表明:钛含量为0.11%时,试验钢显微组织中铁素体晶粒为3~5μm,还有少量的变形带,屈服强度为678 MPa,抗拉强度为760 MPa,伸长率为17.0%;钛含量为0.07%时,显微组织中铁素体晶粒为4~8μm,还有少量的珠光体颗粒,屈服强度为658 MPa,抗拉强度为734 MPa,伸长率为24.0%;MAG焊接后,两种试验钢的强度升高10 MPa左右,但伸长率分别降低1.0、3.0个百分点,背弯180°(d=2a)性能合格;随着钛含量的增加,试验钢的热影响区显微组织得到细化,低碳马氏体含量有所增多。     

粉末粒度对钨钼双金属性能影响

使用不同粒度钨粉,包括2.0~3.0μm(粗粉)、1.0~2.0μm(细粉)、特定比例粗细混合粉,同粒度为4.0~5.0μm钼粉制备钨钼双金属坯料,氢气气氛下,在2150℃高温保温5 h烧结,对样品进行界面组织、成分和力学性能等分析,结果表明:在实验条件下,3组样品均得到具有一定结合强度的双金属材料,其中粗钨粉烧结所得样品烧结不充分,孔隙率大,密度较低,剪切强度为171.97 MPa;细钨粉烧结所得样品密度最大,但界面有微裂纹,应为双金属层烧结及冷却收缩产生较大的收缩差异导致,剪切强度为234.8 MPa;粗细混合钨粉制备双金属样品密度及空隙率居中,界面微观组织结合良好,有明显的互扩散过渡层,厚度在0.1~0.2 mm,剪切强度为224.71 MPa,综合性能最优。W粉粒度组成直接影响双金属样品结合性能,通过调整粉末搭配,可改善因密度、气孔、烧结收缩等引起的缺陷,从而提高双金属烧结制品性能。     

铜/钛双金属复合管的热旋锻制备及其界面组织性能

铜/钛双金属复合管兼具铜的导热性和钛的耐海水腐蚀性,是海军舰船、滨海电站的各类海水管路和蒸汽管路系统理想材料。本文采用热旋锻方法成功制备了界面结合性能良好的铜/钛双金属管,重点研究了变形温度、道次变形量等重要工艺参数对管材结合性能的影响,明确了旋锻过程中双金属的结合机制。研究结果表明,在旋锻温度600~900℃,道次变形量45%~70%的制备工艺条件下可成功制备界面冶金结合、结合性能优异的铜/钛双金属复合管,且旋锻温度越低,所需道次变形量越大。在旋锻温度800℃,变形量54.6%条件下制备的铜/钛复合管的平均界面结合强度为13.3 N·mm~(-1),最大剥离强度可达26.5 N·mm~(-1),整管抗拉强度为303.1 MPa,断后伸长率为23.5%,复合界面在极大的压扁弯曲变形下仍不会分层,变形协调性优异。分析认为热旋锻方法制备双金属复合管的界面结合机制为:两金属表面碰撞接触的瞬间氧化膜因表层金属的流动而破裂,新鲜金属基体互相咬合,实现物理结合,同时界面两侧的原子在高温热激活作用下产生相互扩散,达到冶金结合。     

钛-钢爆炸复合板的退火

研究了退火对钛-钢爆炸复合板成分、组织和性能的影响。指出,为了获得满足验收标准的结合强度,该双金属的退火温度不宜高于650℃、保温时间不宜多于1小时。     

800MPa级高强钢强度波动原因分析及控制

厚度为2.5mm的Mo-Ti高强钢下线取板宽1/4处试样检验发现屈服强度偏低,缓冷48h后取板宽1/4处试样检验,屈服强度升高了160MPa。对此钢卷取样观察其显微组织差异,结果表明:沿厚度方向晶粒组织不均匀,中心1/2处晶粒比1/4处、边部偏大,并存在混晶现象。分析了生产中各个工序对钢强度波动的影响,原因可能是层冷冷却速率低,在600±20℃温度区间第二相强化粒子析出不及时,导致缓冷前后高强钢卷强度波动。     

钛-钢复合材料制备技术及性能研究进展

钛-钢复合材料兼具钛的耐腐蚀和钢的高强度、低成本等优点,是一种用途广泛的复合材料,在压力容器、石化和能源等领域具有非常强的竞争力。主要的钛-钢复合材料制备方法:爆炸焊接法、爆炸+轧制法和轧制法。主要介绍这3种方法,综述了国内外对这3种工艺的研究现状,概述了各种工艺对应的钛-钢复合材料的力学性能与界面结合情况。这几种方法都可能涉及到热处理,尤其是热轧法。热作用对其影响较大,因此本文借鉴较多热扩散的观点对其进行表述。综合已有的研究,发现钛-钢复合的界面脆性相问题是影响其力学性能的主要原因。如何减少和抑制界面脆性相的生成,如何提高界面力学性能,是目前钛-钢复合材料的研究重点。     

烧结温度对W/Mo双金属材料显微组织及力学性能的影响

本文首先通过粉末冶金技术,采用不同的真空烧结工艺制备出W/Mo双金属材料,然后对其显微组织、密度、硬度和结合状态进行了测试。结果表明:将W粉、Mo粉铺层以485MPa的压力冷压成形后,在1600℃、10-3 Pa真空度下烧结2～4h可以制得满足一定条件的W/Mo双金属材料。该W/Mo双金属材料的性能受烧结温度的影响,烧结温度越高得到的W/Mo双金属的密度、强度越高,结合面越平整。     

预热温度对焊接珠光体钢轨钢力学和断裂性能的影响

本文研究了预热温度对开槽焊接珠光体钢轨钢力学、断裂性能、硬度和显微组织的影响。用气体保护金属极电弧填充材料模拟缺陷修复之前,开槽的轨头被预热到200℃,300℃,350℃和400℃。另外一个未预热室温（RT）焊接试样用作对比研究。母材的抗拉强度,屈服强度和断后伸长率分别：1146MPa,717MPa,9．3％。200℃预热时,焊接钢轨的最佳性能指标分别为：l023MPa,655MPa,4．7％。根据这个,最佳的焊接效率为89．2％。母材钢轨的平均断裂韧性K。为127MPa·m 0.5,而焊接接头（200℃预热）最好的断裂韧性为116．5MPa·m0.5。另外,焊缝、熔合线和热影响区（HAZ）的平均硬度值分别为313．5HB、332HB和313．6HB,而母材硬度大约为360HB。200℃预热时焊缝组织主要为贝氏体和针状铁素体相。     

Cu-Al异种材料的感应加热焊接及其工艺研究

利用感应加热原理,使用功率为0~60kW且连续可调的高频感应加热设备,完成Cu-Al合金板材的焊接,研究焊接件的界面形貌、元素分布及界面物相分析.分析加热电流和加热时间对界面形貌和结合强度的影响.采用ZWICK-Z050电子万能材料试验机测试界面结合强度,采用扫描电子显微镜和偏光显微镜观察界面形貌,用X射线衍射仪进行物相分析.结果表明:界面中间化合物主要为Al_2Cu,Cu_9Al_4和CuAl相,其中Cu侧主要是Cu_9Al_4和CuAl相,Al侧主要是Al_2Cu相;随着加热电流的增大或加热时间的延长,Cu-Al界面结合层由不平整变为平整,且宽度逐渐增大,同时Cu-Al界面结合强度先增大后减小.感应加热焊接试样界面结合强度可达53MPa,结合良好.