液-固双金属复合界面研究新进展

综述了液固双金属复合材料的研究现状,从复合界面成分变化、显微组织、力学性能方面介绍了高速钢和高铬铸铁复合界面研究的新进展,阐述了界面结合机制,并对今后研究提出建议。     

钛-钢扩散复合界面组织与结合强度

将钛管、钢管利用冷拔-内压扩散法制备了内包覆钛-钢复管。用扫描电镜、能谱分析、X-光衍射和拉剪试验等方法，研究了扩散退火温度与时间对钛-钢扩散复合界面附近组织、成分和界面剪切强度的影响。结果表明，该制备方法可使钛～钢实现冶金结合；界面剪切强度随扩散温度升高先增加后减小；750—800℃×0．5h扩散退火界面剪切强度最高，可达210MPa左右；扩散退火中Fe、Ti原子发生了互扩散；界面上有TiC形成；750℃×0．5h扩散退火试样断VI未检测到TiFe、TiFe2相；900—950℃×0．5h扩散退火钢侧出现柱状晶区，钛侧出现无晶界晶区与针状马氏体晶区。     

液-固双金属复合界面研究新进展

综述了液固双金属复合材料的研究现状，从复合界面成分变化、显微组织、力学性能方面介绍了高速钢和高铬铸铁复合界面研究的新进展，阐述了界面结合机制，并对今后研究提出建议。     

钢-铝界面扩散层长大过程的研究

研究了液-固相轧制条件下钢．铝界面结合强度和扩散层的内部组织，分析了铝液温度和润湿时间对界面强度和扩散层厚度的影响，通过显微镜和电子扫描分析发现液．固相复合工艺制得的扩散层主要成分为FeA13，在钢板预热温度为250℃，加助焊剂的条件下，铝液温度为850℃时，大约3s后扩散层开始形成，而当铝液温度为。750℃时，扩散层的形成大约需要5s。在钢板温度为250℃，加助焊剂的条件下，铝液温度为850℃时，复合时间在8s-14s时界面剪切强度较高，而当铝液温度为750℃，复合时间在11s-17s时界面剪切强度较高。扩散层厚度在8pm-14μm之间时，界面剪切强度较高。     

SiC／TiAl界面固相反应研究

使用扫描电子显微镜、电子能谱仪、X射线衍射仪对经950～1100℃热处理的SiC/TiAl平面界面偶界面固相反应层的成分分布、微结构及相组成等进行了分析研究,讨论了SiC/TiAl界面固相反应机制,并对热处理过程中反应层成长的动力学过程进行了探讨,获得相应的动力学方程.结果表明,SiC/TiAl界面固相反应层主要由TiC、Ti5Si3Cx及Ti(Al,Si)2构成.其中,TiC和Ti5Si3Cx主要富集于邻近SiC的反应区,而Ti(Al,Si)2富集于邻近TiAl侧的反应区.SiC/TiAl界面固相反应的发生归因于TiC和Ti5Si3Cx数值大的负吉布斯自由能变化.SiC/TiAl界面固相反应层遵循抛物线生长规律,为扩散控制的反应过程,反应速率常数为:K=8.47×10-3exp(-322×103/RT)(m2/s).     

Fe3Al合金与Q235钢扩散焊界面元素的扩散

对Fe3Al／Q235扩散焊界面附近元素的分布进行计算并通过电子探针进行测定。结果表明，界面附近Al、Fe元素分布计算值和实测值的扩散趋势一致。随着加热温度和保温时间的增加，Fe3Al／Q235扩散焊界面附近元素的扩散距离增大。Fe3Al／Q235扩散焊界面过渡区宽度与保温时间的关系符合抛物线生长规律，保温时间超过60min后界面过渡区宽度不再明显增加。     

热轧对304不锈钢/Q235碳钢复合板界面组织的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和电子背散射衍射(EBSD)技术等研究了热轧对304不锈钢/Q235碳钢复合板界面微观组织演变的影响。结果表明：304层与Q235层之间形成了良好的冶金结合;复合板的界面两侧组织由304层的奥氏体、Q235层的铁素体+珠光体组成;碳钢基体中存在脱碳层,其厚度大约为140μm,组织为铁素体;复合板界面存在Fe、Cr、Ni、Mn等元素的扩散区,且各元素含量有明显的梯度分布;相较于退火态复合板,热轧复合板的晶粒明显细化;在二次热轧过程中,304层和Q235层中均发生了一定程度的动态再结晶。     

日本关于固相扩散焊界面空洞收缩机理的研究

日本学者对固态扩散焊界面空洞收缩机理进行了系列研究：（1）提出了二维界面几何模型;指出界面空洞收缩是在塑性变形、粘塑性变形、界面扩散及体积扩散四大机制作用下实现的：并估算了各机制的作用大小,（2）在基于空位扩散的界面扩散的数值计算中,考虑了因界面扩散引起的刚性位移及在不同接合率下的空沿间隔2L的变化;另外还研究了空洞表面扩散快慢对界面扩散的影响。（3）首次提出了粘塑性变形机制的有限元模型,并发现在扩散焊后期拘束对空洞收缩速度有显著的抑制作用。     

液-固扩散焊复合连接Ti(C,N)与40Cr的界面行为与接头强度

通过预置Ti/Cu非对称中间层对Ti(C,N)基金属陶瓷与40Cr钢进行了液-固扩散焊复合连接试验,重点研究了界面组织、接头强度及其影响因素.结果表明,通过预置Ti/Cu非对称中间层液-固扩散焊,能够分别实现Ti(C,N)基金属陶瓷与铜箔,以及铜箔与40Cr钢之间的冶金结合;Ti(C,N)基金属陶瓷界面物相呈梯度分布,形成Ti(C,N)基金属陶瓷/TiAl₂/Ti₂Cu/TiCu/铜箔结构;Ti(C,N)基金属陶瓷一侧靠近界面区域存在较大的焊接残余拉应力,以及脆弱的TiAl₂金属间化合物层,是制约焊接接头强度的关键因素;单纯以铜箔为中间层,采用常规固相扩散焊连接Ti(C,N)基金属陶瓷,即使在加热温度1223 K、压力20 MPa条件下,也难以实现Ti(C,N)基金属陶瓷与铜箔的有效连接.     

三层复合铝板固-液-固铸轧复合工艺变形特性及层厚比调控

本文以三层复合铝板固-液-固铸轧复合工艺作为研究对象,基于MSC.Marc生死单元法建立了二维热-力耦合模型并通过实验验证模型的可靠性;依据该模型获得铸轧区组元金属的变形特性及层厚比随工艺参数变化规律,并构建层厚比预测模型。结果表明：覆层在KISS点附近开始发生塑性变形,变形程度取决于KISS点高度。覆层厚度、铸轧速度对覆层层厚比的影响最为明显。基于该模型构建的层厚比预测模型具有较高的准确性,其最大相对误差仅为2.77%。最后,根据该预测模型,提出层厚比调控策略,即应先确定覆层厚度,随后匹配铸轧速度,最后调整浇铸温度与预热温度。     

Cu／Mo／Cu爆炸复合界面组织特征

用爆炸复合的方法,试制出了Cu/Mo/Cu板材。用光学显微镜和扫描电镜研究了其界面组织特征;并利用显微硬度考察了界面附近硬度及界面附近的形变特点。结果表明：Cu/Mo/Cu复合材具有波形结合面和平直结合面;波形界面存在熔区,其熔区的显微硬度高于Cu基体而低于Mo基体。     

水平连续铸造工艺对3003/4045复层管界面特征的影响

采用水平连续铸造技术制备3003/4045铝合金复层管坯,探讨了铸造速度、外层合金浇注温度和气体保护对复层管界面结合质量的影响,并对结合界面的形貌、元素分布和结合强度进行分析。结果表明,当铸造速度为180 mm/min、外层合金浇注温度为700℃并对内层管坯施加气体保护时,可成功制备出界面实现连续均匀冶金结合的复层管。拉伸剪切实验中变形与断裂发生在界面附近强度较低的3003合金侧,表明界面剪切强度大于3003合金的剪切强度。     

钛/铝复合板爆炸焊接技术研究进展

通过爆炸焊接技术制备的钛/铝复合板可兼具钛合金耐腐蚀性和铝合金低成本的优点。对钛/铝复合板爆炸焊接技术的研究进展进行介绍,论述了炸药种类、质量比R、基覆板间距及爆炸焊接窗口等主要工艺参数对钛/铝复合板组织和性能的影响;分析了影响钛/铝复合板结合界面的主要因素——金属间化合物种类、扩散层和界面波形;对钛/铝复合板硬度、抗剪切强度、抗拉强度及拉伸断口的研究进行了汇总分析。最后,指出了钛/铝复合板爆炸焊接工艺研究的重点发展方向。     

铜/铝/铜轧制复合板的退火工艺研究

研究了低温长时间和高温短时两种退火工艺对铜／铝／铜轧制复合板的成型性能及界面结合强度的影响,讨论了退火强化现象没有出现的原因。结果表明,退火处理不能提高铜／铝／铜轧制复合板的结合强度,只能改善复合板的成型性能。铜／铝轧制复合板宜采用高温短时退火制度,退火温度选择580～625℃,时间控制在10min以内,此工艺得到的铜／铝轧制复合板综合性能最佳。     

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。     

5052/AZ31/5052镁铝复合板成形极限及界面扩散行为

镁铝复合板是一种节能降耗的新型材料,研究其成形性能对于推广其工业应用具有重要意义。通过刚模胀形实验获得了5052/AZ31/5052镁铝复合板在170和230℃时的成形极限曲线,分析了胀形试样破裂处的断口形貌及胀形过程界面扩散行为。结果表明:镁铝复合板在230℃下具有较好的成形性能;胀形过程能促使界面附近镁铝元素分布均匀化,对扩散层的厚度影响不大,同时可以消除缺陷、增加机械咬合面积,有利于提高界面的结合强度。     

TA1/Q235钢复合板界面结构与结合特性

在Gleeble-1500热模拟试验机上对Q235钢与TA1进行复合试验的基础上,通过SEM、能谱分析、X射线衍射和电子万能试验机等测试方法对TA1/Q235钢轧制复合板界面元素扩散、相结构以及结合强度、各组元变形规律等进行了分析,研究结果表明,TA1/Q235钢复合材料的应力-应变曲线表现为动态再结晶型,随着总压下率的增大,Q235钢与TA1的变形程度差别减小。在高温复合时,钛与钢中的铁元素发生了互扩散,有一定的扩散层,钛元素相对于铁元素扩散更为活跃,扩散量也比较大。在一定温度和变形量下,结合界面生成了金属间化合物,生成的金属间化合物主要有TiC、FeTi、Fe2Ti。850℃时,主要生成TiC,也有少量Fe2Ti。900℃时,界面生成的化合物主要是Fe2Ti。     

Effect of Interlayers on Microstructure and Properties of 2205/Q235B Duplex Stainless Steel Clad Plate

In this research,2205/Q235 B clad plates were prepared by a vacuum hot rolling composite process.The effects of adding Fe,Ni,and Nb interlayers on the bonding interface structures and the shear strengths of the clad steel plates were studied.The results showed that 2205 duplex stainless steel and the three interlayers produced a large amount of plastic deformation and low-angle boundaries,and the main structures were the recrystallized and deformed grains.There were many recrystallized grains in the microstructure of the Q235 B low-carbon steel due to the low deformation in the rolling process.The Fe interlayer had better wettability with the two kinds of steel,but the lower strength led to the reduction of shear strength by about14 MPa compared with the original clad steel plate.The C element in the Q235 B low-carbon steel easily diffused into the Fe interlayer,and the clad steel plate attained a poor corrosion resistance because a large decarburization area was formed.The Nb interlayer reacted with the Mo element in the 2205 duplex stainless steel to form an Nb-Mo binary alloy,which generated long-banded ferrite.The decarburization area was also produced because the Nb reacted with the C element in the Q235 B to form hard and brittle NbCx.As a result,the shear strength was significantly reduced by about 282 MPa,and the corrosion resistance of the bonding surface was deteriorated.The Ni interlayer did not react with the alloy elements in both sides,and therefore effectively prevented element diffusion and improved the corrosion resistance of the bonding surface.Due to the low strength of the Ni interlayer and the increased number of bonding surfaces of the clad steel plates,the shear strength was reduced to some extent(about 40 MPa),but it still met the engineering application standards.     

退火温度对银包铜丝材界面和力学性能的影响

采用固液浇注和拉拔制备了银包铜复合细丝,研究了不同退火温度对界面及力学性能的影响、反复弯曲载荷条件下材料结合性能与材料硬度及界面区域微观组织的变化规律。利用光学显微镜、扫描电镜和X射线能量色散谱,研究了界面区域的微观形貌、元素分布与界面结合性能的关系。结果表明:两侧沿界面扩散区域其宽度随退火温度升高而增加。在400~500℃,保温60 min真空热处理,界面具有良好的结合性能。     

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。