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。     

电磁感应加热轧制制备钛/钢复合板性能研究

采用电磁感应加热对加入不同厚度纯铁中间层的钛/钢组坯进行加热，并单道次热轧复合，短时高效地制备出高质量钛/钢复合板。研究了在快速电磁感应加热至钢板居里点770℃的条件下，不同厚度纯铁中间层对钛/钢复合板界面组织和结合性能的影响。结果表明，随着中间层厚度的降低，复合板剪切强度逐渐提高，加入0.3 mm厚纯铁中间层复合板的剪切强度达到215.05 MPa。感应加热低温轧制条件下，减少了复合板界面脆性金属间化合物的生成。纯铁中间层有效地促进了结合界面两侧基体的协调变形，同时增加了界面处基体元素间的相互扩散距离，使复合板实现了良好的冶金结合，获得了综合性能较好的钛/钢复合板。     

轧制加热温度对钛/钢复合板组织与性能的影响

采用钢/钛/隔离剂/钛/钢对称结构复合板坯,研究了轧制加热温度(850-1000℃)对钛/钢复合板显微组织、基材强韧性和界面结合性能的影响。结果表明,随着轧制加热温度的升高,界面剪切性能逐步下降。加热温度影响着界面反应相的种类和厚度。在850,875,900℃条件下,轧后冷却扩散过程中,C极容易在钛/钢界面形成TiC层,阻碍了Fe向Ti中扩散,因而界面形成TiC和β-Ti反应层;在950℃和1000℃条件下,由于C在β-Ti中的扩散系数为C在γ-Fe扩散系数的10倍以上,C不能在结合界面富集形成有效的TiC屏障,此时Fe能够在Ti中充分扩散,从而形成了Fe-Ti金属间化物层、TiC层、β-Ti层和α-β Ti层。脆性反应相的厚度与加热温度呈正相关关系。脆性相种类和厚度增加使得钛/钢复合板界面剪切强度出现下降。     

爆炸-轧制TA1/Q345R复合板的组织与性能

采用爆炸-轧制法制备了TA1/Q345R复合板,并通过拉剪试验对其结合性能进行了测试。借助光学显微镜观察了结合界面附近的显微组织,并利用扫描电镜(配X射线能谱仪)分析了拉剪试样钢侧的断口形貌。结果表明,与爆炸复合板相比,爆炸-轧制复合板的界面结合强度大幅降低,主要原因是结合界面形成了大量脆性中间相,为复合板的断裂失效提供了裂纹源。爆炸-轧制复合板结合界面为平直型界面,界面附近钢侧的微观组织特征有轻微的带状组织、铁素体粗晶区以及多种脆性中间相。剪切应力作用下,爆炸-轧制复合板主要沿轧制形成的原始表面分离,同时含有解理断裂和硬脆相破碎等特征。     

热加工工艺对钛-钢复合板界面力学性能和显微组织的影响

研究了热加工工艺对钛-钢复合板界面力学性能和显微组织的影响。测试了在A，B，C，D4种温度下热轧复合板界面的力学性能，用金相显微镜及扫描电镜观察了界面显微组织并分析了界面的成分。结果表明，在A，B2种温度下轧制的钛-钢复合板界面机械性能良好，延伸率高，其剪切强度不但可保持坯料原有的水平，甚至还略有增加。在C，D2种温度下轧制的钛-钢复合板界面机械性能相对较低，延伸率较高，但剪切强度要比爆炸复合坯料低，尤其是D加热温度，轧制后界面剪切强度急剧下降。热轧的终轧温度也是影响钛-钢复合板界面结合性能的重要因素。在低于相转变温度的合适温区热轧，且终轧温度合适，获得的钛-钢复合板结合界面无爆炸波纹，没有污染，生产的脆性化合物极细小，组织类同于钛材完全退火的等轴组织。     

感应加热异温轧制制备钢/铝复合板

采取感应加热的方法异温轧制制备钢/铝复合板,整个过程处于一种Ar气保护氛围,研究了钢/铝复合板的结合性能和微观组织,并与冷轧工艺进行对比,分析了异温轧制工艺对结合性能的影响。结果表明:异温轧制的复合板由于钢层加热温度高于钢的动态再结晶温度,轧后碳钢组织出现等轴晶粒,发生了动态回复和再结晶,并且在钢侧近界面处产生一层平均晶粒尺寸约为5μm的等轴细晶区,相比于冷轧复合板,大大降低了复合板的加工硬化现象。异温轧制的钢/铝复合板微观界面贴合紧密,无孔洞和间隙,跨界面的Al和Fe元素扩散宽度达到2.4μm,复合板达到了良好的冶金结合状态,并且近界面的细晶区改善了板材性能,使得异温轧制复合板的剪切强度远高于冷轧板,在45%压下率下达到了85 MPa,是同等压下率冷轧复合板剪切强度(12 MPa)的7倍,冷轧板断裂发生在钢/铝结合面处,为脆性断裂,而异温轧制的复合板断裂发生在铝合金基体,剪切断面存在大量韧窝,呈现塑性断裂特征。     

大面积、薄覆层钛/钢复合板爆炸-轧制工艺研究

探索了大面积、薄覆层钛／钢复合板生产工艺。分析了不同的轧制温度下爆炸一轧制钛／钢复合板的性能和组织。结果表明，配制低爆速混合炸药，在覆层与基层之间增加一层纯铁过渡层，采用合适的爆炸复合工艺制得轧板复合板坯，再在适当的热轧温度下轧制，可获面积超过35m^2、覆层厚度≤2．0mm的钛／钢双金属复合板且各项性能指标符合国家标准要求；此项研究填补了国内空白，满足了市场需求。     

钛/铝/钛三层板的一次爆炸复合制备及界面结合性能评价

为评价一次爆炸复合工艺制备的钛/铝/钛三层复合板的界面结合性能,利用SEM、EDS对钛/铝/钛复合板的双层界面组织形貌以及界面元素分布进行了表征;对钛/铝/钛三层复合板进行了拉伸实验和弯曲变形实验。研究结果表明：复合板界面主要由波状界面和平直状界面构成;铝元素与钛元素在界面上发生了互扩散;拉伸和弯曲变形结果表明,一次爆炸复合工艺制备的钛/铝/钛三层复合板具有较大的抗拉强度和优良的界面结合性能,可以承受后续较大的二次塑性变形。     

钛/铝/钛三层板的一次爆炸复合

为评价一次爆炸复合工艺制备的钛/铝/钛三层复合板的界面结合性能,利用SEM、EDS对钛/铝/钛复合板的双层界面组织形貌以及界面元素分布进行了表征;对钛/铝/钛三层复合板进行了拉伸试验和弯曲变形试验。结果表明:复合板界面主要由波状界面和平直状界面构成;铝元素与钛元素在界面上发生了互扩散;拉伸和弯曲变形结果表明,一次爆炸复合工艺制备的钛/铝/钛三层复合板具有较大的抗拉强度和优良的界面结合性能,可以承受后续较大的二次塑性变形。     

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。     

异温轧制制备钛/铝复合板的变形协调性与复合性能

采取只加热钛层的方法实现协调变形轧制制备钛/铝复合板,通过剪切实验、金相显微镜、扫描电子显微镜,研究压下率、钛层加热温度对钛/铝复合板的厚比分配、剪切强度和界面的影响。结果表明:随着钛层温度的升高和总轧制压下率的增大,钛铝复合板的钛层和铝层变形率差值逐渐减小;当温度为800℃,轧制压下率为50%时,铝层和钛层的变形率分别达到了51.4%和48.6%,钛铝复合板变形趋于协调。钛与铝的结合界面剪切强度达到107.5 MPa,基本接近铝基体的剪切强度。加热过程中钛板表面会产生氧化层,但是在较大轧制压下率下,钛的氧化层会撕裂,金属铝挤入裂缝与新鲜钛金属接触,在强大压力和高温作用下,钛、铝元素相互扩散从而达到牢固的冶金结合。     

钢/铝固液复合铸轧研究

以双辊铸轧技术为基础,提出了一种"双金属带材固液复合铸轧技术"新工艺。此外,在现有的试验条件下,进行了钢/铝的固液复合轧制试验,最后制备出了复合板坯。对复合后板坯的结合面进行了剥离强度试验和剪切强度试验。经过对一些工艺参数的分析,得出了钢板的预热温度、轧制速度是影响该工艺路线的主要因素。另外,轧制成功的复合板抗拉强度符合使用要求,其复合板界面的结合不是很好。     

爆炸焊接钛-钢双金属材料热轧后的组织与性能

爆炸焊接钛 -钢双金属材料的热压加工情况十分复杂 ,由于加热时所形成的金属间化合物中间层的厚度不同 ,实际上可能会使双金属材料的强度降至零。俄罗斯伏尔加市国立工业大学研究了在最佳工艺制度下得到的爆炸焊接 BT1- 0钛与 CT3钢双层复合材料热轧 (轧制温度70 0℃和 80 0℃ )时的变形与强化过程。在拉伸试验时由于沿结合界面施加了 36 0 MPa～5 0 0 MPa的张力而保证了试样稳定的断裂 ,结合界面的显微硬度为 :钢 ,2 4 0 0 MPa～32 0 0 MPa;Ti,2 5 0 0 MPa～ 310 0 MPa。试样为楔形状 ,其钢层厚度为 4 .6 mm,钛层厚度沿长度方向变化…     

不同中间层热轧Q235/TA2复合板界面显微结构及性能

以Nb箔及Nb+Ni双金属作中间层制备Q235/TA2热轧复合板,通过SEM、X射线衍射、压剪性能测试等试验方法,对经875℃保温1.5 h处理的Q235/TA2热轧复合板界面元素分布、相成分和力学性能进行了研究。结果表明:无中间层试样Fe-Ti界面存在薄膜状脆性Ti C,压剪强度最低,为230 MPa;Nb+Ni双中间层试样Fe-Ni界面与Nb-Ti界面均未形成任何金属间化合物,Nb-Ni复合界面少量分布微孔,存在Ni_3Nb金属间化合物层,压剪断裂发生在Nb-Ni界面处;Nb中间层试样Fe-Nb界面上有金属间化合物Fe_2Nb生成,压剪强度最大,为280 MPa。     

温轧路径对钛/钢爆炸复合板抗剪切强度的影响

对爆炸复合的钛/钢复合板进行了一道次60%的温轧,研究了一道次温轧钛/钢爆炸复合板的近界面微观组织及剪切强度。结果显示,一道次温轧工艺可以引起钛层和钢层近界面组织的显著剪切变形。由于剪切变形,钛层形成了RD分散织构。钢层含有高组份的旋转立方织构及低组份的γ纤维织构。对比常规多道次轧制方法,由于剪切变形可细化界面化合物,使得一道次温轧钛/钢复合板抗剪切强度得到提升。     

采用纯铁中间层热轧钛合金/不锈钢复合板显微结构和性能

针对钛/不锈钢不易直接热轧复合的问题,通过添加工业纯铁为中间层材料,采用真空轧制的方法制得钛合金/不锈钢复合板。利用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪和拉剪实验,研究纯铁中间层和不同温度对复合板界面组织特征和性能的影响。结果表明:添加纯铁中间层后,在轧制温度为750～950℃、压下率为20%时,随着轧制温度的升高,复合面抗剪切强度增加,在轧制温度为950℃时,复合效果最好,复合界面抗剪切强度达到248 MPa;在高温1050℃时,纯铁和钛合金的交界面上生成β-Ti和Fe_2Ti化合物会降低复合强度。     

Al-Mg-Ti轧制复合板界面结合机理及力学性能

采用加热轧制复合的方法制备了6061/AZ31/Ti-6Al-4V/AZ31/6061复合板,利用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射分析(XRD)和拉伸试验机等分析技术对复合板两种界面的结合机理、力学性能及断裂特征进行了分析.试验结果表明:当轧制压下量大于或等于40％时,由于变形的深入,Ti-6Al-4V层会出现颈缩或断裂;当轧制温度为420℃时,6061/AZ31界面会出现金属间化合物Al3Mg2,且有这种金属间化合物生成的区域,界面拉剪试验过程中会发生断裂,界面的力学性能降低;当轧制温度为380℃、压下量为30％时,Al-Mg-Ti轧制复合板界面结合强度综合性能最优,Al-Mg和Mg-Ti两种界面的失效基本发生在界面原子相互扩散的区域,且不同温度下轧制得到的复合板在拉剪过程中均表现为脆性断裂.     

铝／镍层状复合金属的工艺制备技术研究

广泛应用于电池极耳的铝／镍层状复合金属材料，性能要求在保证复合强度的同时，必须控制镍层显微硬度在较低值范围。采用可控气氛热复合工艺，很好地解决了复合强度与镍层硬度控制的矛盾。讨论了可控气氛热复合的机理、退火过程中复合界面的组织变化对复合强度的影响。结果表明：可控气氛热复合机理可用表面热激活机制来进行解释；由于可控气氛热复合技术临界轧制复合变形率较低，采用该技术可最终制备出满足性能要求的铝／镍复合金属带材；严格控制退火工艺特别是温度，可优化工艺、避免金属间化合物的有害作用。     

移动感应加热异温轧制钛/铝复合板的协调变形和力学性能

提出了一种移动感应加热异温轧制制备钛/铝复合板的方法,应用电磁感应单独加热移动的钛板,与室温铝板轧制复合,实现钛和铝的协调变形,提高了复合板的结合强度。采用ANSYS有限元软件模拟移动感应加热过程中钛板的温度变化过程,确保在轧辊入口位置时,钛板沿宽度方向温度分布均匀。基于有限元模拟结果确定钛板移动速度和感应加热参数,并进行了移动感应加热和轧制复合实验,研究了不同压下率对于钛/铝复合板协调变形和结合强度的影响。结果表明：随着压下率的增加,钛/铝变形率差值先减小后增大,当轧制压下率为39.4%时,钛/铝轧制变形率基本一致,轧后复合板平直,界面剪切强度最高,达到124.6 MPa,剪切断裂发生在铝基体上。     

铌夹层对真空轧制复合Ti不锈钢板的显微组织及性能的影响

利用真空轧制复合技术900℃时制备TA2与304L不锈钢的复合钢板,分别研究直接复合及加入Nb夹层后复合界面的组织与性能,分析Nb夹层对复合板组织及性能的影响。结果表明:直接复合的Ti不锈钢复合板界面生成了Fe2Ti、Cr2Ti及NiTi2等多种金属间化合物,严重削弱界面的结合强度,界面的剪切强度仅为128 MPa,性能较差。加入Nb层后,Ti与不锈钢之间的互扩散被完全阻止,且Nb夹层与两侧金属均产生良好的结合;Nb、Ti界面未生成任何金属间化合物,Nb与不锈钢界面有FeNb金属间化合物生成;界面剪切强度获得大幅提升,达到338 MPa,性能优良。