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。

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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。

　　(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。

　　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 ; _3 g: l$ I% `* o8 L/ a, c间／h
钛-钢 , R8 `, I8 r# i9 L7 a! O F不锈钢-钢 镍-钛 镍-不锈钢 1 n+ ~# \. X' U+ V& m0 L锆-钢 铜-铝 ( ?0 H. T, T2 ~8 }7 Y3 p c铜-LY12 : b; n$ `) F( C% g铜-LY2M	500 500 500 / T( {9 `4 ]# S4 v! n500 500 300 300 300	600 600 600 7 V0 M# s5 w, z4 v600 / P8 V/ }& ~. ^600 - a( x- Q, U" y! q7 @- q1 U) }350 350 # d4 I2 @1 Q4 O+ S' ^350	700 700 2 s% G: W6 o7 J6 p3 m) P700 1 a1 l; u- z" ?0 H700 6 `) m5 Y, [% K2 Y# n4 z6 c6 p700 400 400 : c/ I3 h6 D3 \% w! g) B: @400	800 800 800 800 800 ! P( C& C% B6 L' E3 D3 {/ K0 j" [450 # J8 O% w, Q c9 u* U5 R450 : w8 z% }* l+ i% C5 E6 S450	850 900 / t$ j, U$ d3 G' T900 4 d; |, V% S4 C. p% p+ Y; F- q900 ! f& j) \$ q: E) q3 x900 500 500 , k8 {; O: j! P/ [5 }500	900 - \! I: @/ u. D: k1000 1000 6 N7 r' a6 @ l, S* W1000 9 Z! b( J6 b" S1 e' r: ?1000 550 550 8 j1 M+ p3 a0 e+ w( \% Z/ f4 R550	1000 1100	1 4 W, p1 \, |8 D, y1 1 1 , t# g& O5 Q4 a1 0.5 0.5 % U: x8 h! C& X8 l+ s, i0.5