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。

　　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。

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　　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。

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　　(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。

　　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 8 I n2 z. B, ^6 O7 q间／h
钛-钢 $ o; Y8 X& |! W不锈钢-钢 镍-钛 ) _6 H3 |4 F5 Q2 q. j. T( | Z镍-不锈钢 ' w7 v% w: g2 c' Z锆-钢 ! x1 h8 b4 z4 W$ n9 @2 }3 z% r! I* z铜-铝 ! N( o# U7 g+ g铜-LY12 铜-LY2M	500 $ t% M! ~; ]" F. x; D500 / R5 R# \- }) {- U500 500 % @, Z; t* e9 s9 l! l! `1 E500 300 300 + e. R) }) N7 K$ G, y" c300	600 ( u% i/ _) c6 [) [2 `- X600 600 600 600 350 350 * r: L8 B1 c* C# f; |350	700 700 $ x! Y* ?% t# _9 [( A9 C4 O$ r/ N5 d700 700 700 400 ( v' @; ~! T3 O' `9 P; s& d400 400	800 9 ]8 x& ~' M. R- q1 h' \5 s L800 1 q: E; Y7 b6 X3 g0 V* x800 800 800 450 . I# c% {& Q1 Z, v. Z- w450 450	850 9 A8 E7 Y; ^1 B8 |/ b& l7 C& V- H900 2 Y" |9 \7 d8 M900 : l6 {5 }' |- E6 a; u* u( Y8 Y$ a: N900 900 1 Y* [" j5 ?1 c" s500 500 500	900 ) M6 G- O) d) k! g: A3 p' A1000 1000 2 Z5 D, a9 N. C; Q7 d1000 ( \! T, T% j# D; d1000 550 550 550	1000 1100	1 # ^9 f, ]1 m8 D* z8 U& S1 1 1 . K- d1 A4 s E3 U4 |1 C6 m1 0.5 8 A: Z! s8 E% G, g; h0.5 3 U' g& F& z, b; U' ]; L% z& `3 Y. L0.5

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