金属爆炸复合材料的热处理

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　　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。

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　　1试验用材

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　　本试验使用了如下几种爆炸复合板：钛-钢、不锈钢-钢、镍-钛、镍-不锈钢、铜-铝、铜-LY12、铜-LY2M和锆-钢等。

　　2试验方法

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　　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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　　(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。

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　　(2)用上述钛-钢、不锈钢-钢、镍-钛和镍-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。

　　(3)用钛-钢、不锈钢-钢、镍-钛和镍-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。

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　　3试验结果和分析

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　　用上述试验方法获得的结果如图1至图6所示。

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　　图1不同工艺下的退火对钛-钢爆炸复合板结合区微观形貌的影响×50

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　　(a)爆炸态(b)500℃(c)600℃(d)700℃(e)800℃(f)850℃(g)900℃(h)1000℃(均为空冷)

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　　3.1复合板的结合区组织

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　　由图1可见，钛-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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　　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α-Ti转变成β-Ti。并且，由于铁、碳和钛元素通过界面的彼此扩散，使得界面上及其两侧出现若干有明显区别的组织形态区(图1h)，即含有大量金属间化合物的中间层。

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　　表1几种爆炸复合板的退火工艺

复合材料	退火温度／℃							保温时 间／h
钛-钢 + s& [! M3 ?. e" G5 ~不锈钢-钢 镍-钛 镍-不锈钢 锆-钢 ; n3 X! v2 l' G1 G$ R铜-铝 铜-LY12 铜-LY2M	500 500 ' |6 @8 k* {6 o# o3 s3 M2 x. E500 500 % G5 z. [5 Q7 P% O500 " M( p/ a) \9 a5 Y300 2 o f t4 t, x300 9 p2 j7 F; R! G. L) j H. M# L/ v300	600 5 c& @2 }8 D" D! b600 600 600 6 @) i9 u; @" ^1 T1 L600 350 7 b# s; y5 _2 s' J350 350	700 700 * ?% M5 Y# M! {: J% B Z c+ V* V' A700 $ r6 ] u- G- ], V700 700 400 ' E+ a' p& k* |9 p4 {- o% z400 : X6 Y, D+ R! X3 P400	800 800 800 800 * I) C8 v3 N# I6 D800 + M% W7 {0 i+ H450 $ Y) d% p* x* g" D450 450	850 900 9 |$ B0 C; T. Q. r: A7 \* w900 $ `: r" t' `% i& v: k900 900 + z! q! l* x6 \% g9 ^ g500 6 c2 F/ Y! E9 j$ w500 6 u6 H# k) e1 e! W j500	900 1000 / O* o6 t0 T$ J; _1000 1000 . e6 s4 o! m9 r% k( C6 k9 I1000 _' ^" Z2 u; t5 y; H) }550 550 550	1000 1100	1 8 M! G& o, R% d; T- u. @1 ( i- D( U9 i: g1 5 S D2 V- o- U+ m1 - ^* Q3 c4 E' N1 ~$ U7 q- e1 4 m5 U* @3 c. u$ ]( N3 o0.5 0.5 3 }& S* n% x/ C$ G0.5

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