金属爆炸复合材料的热处理 (2)

钛2钢 不锈钢2钢
镍2钛 镍2不锈钢
锆2钢 铜2铝 铜2L Y12 铜2L Y2M
500 600 700 800 850 900 1000 1
500 600 700 800 900 1000 1100 1
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1
500 600 700 800 900 1000
量金属间化合物的中间层 。
而对于图 2f 所示的情况来说 (还有不锈钢2钢和镍2钢等双金
由于试样退火后是空冷 ,金属在高温下的组织形态基本 属) ,尽管退火温度很高 ,但它们的结合界面没有出现上述中
上都保留下来 。这种处理方法对研究类似的课题颇为有利 。 间层 。高温退火后 ,除了基体金属发生再结晶和晶粒长大之
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
郑远谋 :男 ,56 岁 ,高工 ,所长 ,自 1970 年起从事爆炸焊接新技术的研 究和金属复合材料的生产 ,已发表论文 70 余篇 。参加《焊接词典》和 《焊接手册》两书中有关爆炸焊接章节的编写 。曾获国家和有色金属 工业总公司颁发的科技进步奖 。联系电话 : 075028821088 。收稿日 期 :1998 年 6 月 26 日
复合材料
退火温度/ ℃
保温时 间/ h
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。
1 试验用材
本试验使用了如下几种爆炸复合板 :钛2钢 、不锈钢2钢 、镍2 钛 、镍2不锈钢 、铜2铝 、铜2L Y12 、铜2L Y2M 和锆2钢等 。
2 试验方法
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 :
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图 3 不锈钢2钢 (1) 和钛2钢 (2) 爆炸复合板剪切 强度随退火温度的变化 (爆为爆炸态)
图 2 高温退火后几种复合板结合区的微观形貌 (均缩小 1 倍) (a) 铜2L Y2M 550 ℃退 火 ×100 ( b) 铜2L Y12 550 ℃退 火 ×100 (c) 镍2钛 1000 ℃退火 ×50 ( d) 锆2钢 1000 ℃退火 ×100 (e) 铜2铝 550 ℃退火 ×50 (f) 镍2不锈钢 1100 ℃退火 ×50 上所述的不同的组织变化 。这些变化必然地反映到它们的力 学性能上来 。试验结果如图 3～图 6 所示 。
Chen Shihong ( Guangzhou Navigational Fairs Management Administration , Guangdong Panyu 511400) 【Abstract】 The paper described t he features of explosive composite materials ,based on t he annealing of explosive composite sheet1 The
4 试验结果讨论
411 爆炸复合材料热处理的特点
金属爆炸复合材料的热处理与单金属材料的热处理相比 有许多相似之处 。例如 ,都是以一定的加热速度将材料加热 到预定高的温度 ,在此温度下保持一定的时间 ,然后以一定的 速度冷却 。全过程在空气中 、在真空中或在其他介质 (水 、油) 中进行 。以退火为例 ,分高温 、中温和低温退火 。目的亦为再 结晶或消除应力等 。根据不同的材料 、组织 、状态和性能的要 求进行不同工艺下的热处理 。
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Leabharlann Baidu
《金属热处理》1999 年第 1 期
爆炸复合材料的热处理也有它的特殊之处 ,那就是首先 必须考虑组成复合材料的两种和多种组元 ,各自的熔点和再 结晶温度 、强度和塑性 、耐蚀性和耐磨性 、比热和热胀系数等
物理及化学性能 ,特别是它们在高温下相互作用的特性 。从 而正确地设计热处理的工艺参数和预计热处理对它们的结合
区组织 、结合强度和各自基体组织及性能的影响等等 。
爆炸复合材料的热处理及其工艺参数的制订 ,要正确地 处理好上述众多矛盾 ,在千差万别的金属组合中做到工艺 、组 织和性能的统一 ,为爆炸复合材料的正常使用提供可靠的组 织和性能的保证 。
412 爆炸复合材料的退火
退火是爆炸复合材料后续加工中一个使用较多的重要工
图 3 和图 4 为 4 种爆炸复合板在剪切试验中剪切强度的 变化情况 。由图 3 、4 可见 ,不锈钢2钢和镍2不锈钢两种复合 板的剪切强度随退火温度的升高变化不很大 。而钛2钢和镍2 钛两种复合板在同样的试验中 ,剪切强度随退火温度的升高 而急剧地下降 。研究指出 ,这两种不同类型的复合板在试验 中力学性能如此不同的差异 ,与它们在上述的同样条件下结 合区的组织变化密切相关 :前者结合区内无金属间化合物的 中间层 ,而后者却有厚实的这种中间层 。性质硬脆的中间层 的存在必然严重地削弱基体金属之间的结合强度 。并且 ,退 火温度越高和保温时间越长 ,这种中间层越厚 ,它们对双金属 的结合强度的影响越大 。
1
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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 。
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图 1 不同工艺下的退火对钛2钢爆炸复合板结合区微观形貌的影响 ×50
(a) 爆炸态 (b) 500 ℃ (c) 600 ℃ (d) 700 ℃ (e) 800 ℃ (f) 850 ℃ (g) 900 ℃ (h) 1000 ℃(均为空冷)
其两侧出现若干有明显区别的组织形态区 (图 1h) ,即含有大 内含有它们在高温下所能形成的所有的金属间化合物[2 ,3 ] 。
图 4 镍2不锈钢 (1) 和镍2钛 (2) 爆炸复合板剪切 强度随退火温度的变化 (爆为爆炸态)
图 5 和图 6 为上述 4 种爆炸复合板在不同工艺下退火后 结合区的显微硬度分布曲线 。由图可见 ,爆炸态下的结合区内 的硬度均高于原始供货态复合板两种材料的硬度 ,并且界面位 置最高 。这是结合区内 ,特别是界面附近金属强烈的塑性变形 (爆炸加工硬化) 所致 。退火过程中 ,随着加热温度的升高 ,由 于应力消除和再结晶 ,结合区内的硬度逐渐下降 。加热温度越 高 ,这种下降越大 。但是 ,当温度为 1000 ℃时将出现两种情况 : 对于钛2钢和镍2钛等结合区内生成金属间化合物的金属组合 来说 ,此时界面上的硬度突然升高很多 ;对于不锈钢2钢和镍2 不锈钢等结合区内不生成金属间化合物的金属组合来说 ,一般 地此时的硬度最低 ,并处于原始供货态的硬度附近或以下 (普 通钢的供货态可能为正火态 ,其硬度高于退火态的) 。
Key words :explosive welding ,metal composite material ,heat treatment ,p hase figure
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
表 1 几种爆炸复合板的退火工艺
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
(3) 用钛2钢 、不锈钢2钢 、镍2钛和镍2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 。
3 试验结果和分析
用上述试验方法获得的结果如图 1 至图 6 所示 。
311 复合板的结合区组织
由图 1 可见 ,钛2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
principle of t he annealing processes and t he effect of different annealing processes on t he structure and properties of t he bond areas were discussed1Anot her kinds of heat treatment processes were introduced1It was shown t hat p hase figure is great important in t heory and practice of t he heat treatment of explosive composite materials1
(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 。
(2) 用上述钛2钢 、不锈钢2钢 、镍2钛和镍2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 。
图 2 显示了另一些爆炸复合板在高温热处理后的结合区 外 ,结合界面 (包括波形) 没有发生明显的变化 。
形貌 。其中图 2a～e 显示出与图 1h 相似的中间层 。这些中 312 复合板的力学性能
间层是基体金属的原子在高温下剧烈扩散和化合形成的 ,其 在不同工艺下退火以后 ,爆炸复合板的结合区发生了如
金属爆炸复合材料的热处理
广东省鹤山市新技术研究所 (广东鹤山 529721) 郑远谋 黄荣光 广州市航务管理局番禺分局 (广东番禺 511400) 陈世红
【摘要】 本文以金属爆炸复合板的退火为例 ,总结了爆炸复合材料热处理的特点 ,讨论了其退火工艺的制订原则和不同工艺下 的退火对其结合区组织和性能的影响 ,介绍了其他类型的热处理工艺 ,指出了合金相图在此热处理的理论和实践中的意义 。 关键词 :爆炸焊接 金属复合材料 热处理 相图
Heat Treatment of Explosive Composite Material
Zheng Yuanmou , Huang Rongguang ( Guangdong Heshan New Technology Applying
Institute , Guangdong Heshan 529721)
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α2Ti 转变成β2Ti 。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