金属爆炸复合材料的热处理

HEATS

　　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。

7 n" }+ b% V; i! h6 m* V$ ` 0 ~, Q; j5 n9 U, A0 f/ x

　　1试验用材

# d; c$ e8 j4 e 7 A: z8 B- r# R/ i* \* p/ F$ w

　　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

8 F, v% j, T2 Q d, {8 B' D6 A" R

　　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：

# b, x7 p& f% w; {: Z6 S " v! \# F0 ]( A

　　(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。

- s9 f4 N E. [! D, j; M3 s0 u

　　(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。

' A5 l% P( A {/ ?9 J6 H& ^' ?

　　(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。

% G2 P# D# \) O) s/ Z. b 2 C& k1 c+ |! Y8 [$ V7 g& H

　　3试验结果和分析

/ x8 l0 Y: C/ ?5 w" S1 w

　　用上述试验方法获得的结果如图1至图6所示。

2 y' Z. Y2 G# P0 y- L

　　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

4 T8 g- h( F+ ~ c" Z

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

J C6 }) C/ y/ C( h/ P

　　3.1复合板的结合区组织

　　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。

% o' d! {6 W' m, v* u+ L% }( F

　　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。

; ?3 n+ x8 w- X1 ^. U+ e2 O# V

　　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 不锈钢-钢 镍-钛 ( g& F# |2 I* m7 h镍-不锈钢 锆-钢 铜-铝 铜-LY12 铜-LY2M	500 500 & f; }1 T7 D& F; \& g500 9 f% Y. L: v* ^! k I; M500 500 300 1 a7 `* X% Y. d Y300 300	600 6 q0 Z9 ~ M) Z. n! o0 u600 + ]# j1 { G. b" S7 g3 _600 # H$ I6 u9 d ` a600 600 350 350 350	700 700 700 700 . _3 h% _9 W6 R3 r/ g8 I% Z4 O2 y1 c700 400 ' S1 \6 A" w( V& J/ T400 $ Y1 R+ b2 o1 v$ ^+ [, r+ j400	800 ! J" T8 t0 X+ }/ q1 D* ?800 {: t& q) g) Z: I; U# E4 C800 800 ; e; f. { F8 b' E800 450 450 4 s* ^$ d, b# \6 f: E9 m4 R450	850 900 & w$ `6 j p: @* ~' |7 P900 900 900 ' E5 u, W" d1 p9 y0 ^% F& y500 500 ; ~) A7 |& Z$ T" @. K9 P. u; Q$ G500	900 1000 1000 ' G" p% X; Y2 g, J5 `1000 % z M9 ^5 p: h# |6 A% o6 [1000 8 _5 D4 H" C# |" e% p550 - e* C; I0 a3 i550 ) F& ?: p y9 ?8 u |5 v550	1000 , ^; E! R2 [ x7 g; U: {2 _& r1100	1 " _3 V6 \& L: {% r1 1 1 W4 K& N5 r( u. d) |1 ! Q) m3 J: v4 d% \5 q1 |" w0.5 0.5 0.5

$ O: k' E' J! Z% G4 ?+ t+ C* U 6 |+ C! N- f9 x 1 Q6 u o6 d- v- `+ u5 B