真空熱軋復(fù)合界面夾雜物的生成演變機(jī)理與工藝控制研究.pdf

1、層狀金屬?gòu)?fù)合板既可以兼?zhèn)涠喾N材料的優(yōu)良性能，又可以節(jié)約稀貴材料降低成本，應(yīng)用非常廣泛。熱軋復(fù)合法逐漸取代爆炸復(fù)合法成為金屬?gòu)?fù)合板生產(chǎn)的主要方法。作為熱軋復(fù)合法的一種，真空熱軋復(fù)合法既解決了傳統(tǒng)的爆炸復(fù)合法效率低、污染大、產(chǎn)品尺寸小等問題，又避免了直接熱軋復(fù)合界面氧化嚴(yán)重的缺點(diǎn)，因而成為寬幅高品質(zhì)復(fù)合板生產(chǎn)的重要方法。界面夾雜物是影響真空熱軋復(fù)合界面性能的關(guān)鍵因素，基于此，本論文利用真空熱軋復(fù)合法制備了特厚復(fù)合鋼板、不銹鋼復(fù)合板及鈦/不銹

2、鋼復(fù)合板，并以此為研究對(duì)象，針對(duì)界面夾雜物的生成及演變機(jī)理、界面夾雜物對(duì)復(fù)合性能的影響及各復(fù)合工藝對(duì)界面夾雜物的影響等進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究。本論文的主要工作及研究成果如下：
　　(1)利用真空熱軋復(fù)合法制備特厚復(fù)合鋼板，研究分析復(fù)合界面夾雜物的生成機(jī)理。結(jié)果表明:特厚鋼板復(fù)合界面處存在的氧化物生成于加熱過程中，為碳鋼基體內(nèi)氧親和力高的合金元素與界面殘余氧發(fā)生反應(yīng)生成的選擇性氧化物及內(nèi)氧化物。
　　(2)研究組坯真空度、軋制壓

3、下率對(duì)特厚復(fù)合鋼板界面夾雜物的影響，分析界面夾雜物形態(tài)對(duì)界面復(fù)合性能的影響。研究表明:組坯真空度直接影響復(fù)合界面夾雜物的生成數(shù)量及尺寸，真空度越高，界面氧化物生成量越少，尺寸越小，復(fù)合界面的結(jié)合強(qiáng)度越高，韌性越好;軋制過程中界面夾雜物被粉碎、彌散，軋制壓下率越大，界面夾雜物被粉碎的越厲害，分布越彌散，對(duì)結(jié)合性能的影響越小;高真空組坯，壓下率達(dá)到50％后，特厚復(fù)合鋼板界面性能可以達(dá)到與基體相當(dāng)?shù)乃健?br>　　(3)利用真空熱軋復(fù)合法制

4、備不銹鋼復(fù)合板，研究分析復(fù)合界面夾雜物的生成機(jī)理。結(jié)果表明:加熱過程中，界面夾雜物多生成于不銹鋼側(cè)，不銹鋼側(cè)Cr與O結(jié)合生成Cr2O3，后被Al、Si、Mn等對(duì)應(yīng)氧化物穩(wěn)定性更高的元素置換出來(lái)，形成混合氧化物。
　　(4)研究組坯真空度、軋制壓下率對(duì)不銹鋼復(fù)合板界面夾雜物的影響，分析界面夾雜物對(duì)界面復(fù)合性能的影響規(guī)律。研究表明:組坯真空度越高，界面氧化物生成量越少，尺寸越小，界面剪切強(qiáng)度越高，韌性越好，低真空及高真空下組坯界面性能

5、均達(dá)國(guó)標(biāo)要求;軋制壓下率越大，界面夾雜物粉碎越厲害，分布越彌散，界面剪切強(qiáng)度越高，壓下率高于20％，界面強(qiáng)度便可達(dá)國(guó)標(biāo)要求。
　　(5)利用真空熱軋復(fù)合法制備鈦/不銹鋼復(fù)合板，研究不加中間層界面金屬間化合物（Intermetallic Compounds，IMC）的生成規(guī)律，研究復(fù)合溫度對(duì)IMC生成的影響，研究IMC對(duì)復(fù)合性能的影響。結(jié)果表明:界面處生成Fe2Ti、FeTi、Cr2Ti和NiTi2等多種脆性IMC;隨復(fù)合溫度升高I

6、MC厚度增大，界面剪切強(qiáng)度下降;800-950℃復(fù)合溫度范圍內(nèi)，界面強(qiáng)度均不能滿足國(guó)標(biāo)要求。
　　(6)加入Ni中間層，制備真空熱軋復(fù)合鈦/不銹鋼復(fù)合板，研究Ni中間層對(duì)真空熱軋復(fù)合鈦/不銹鋼復(fù)合板界面IMC生成的影響，研究復(fù)合溫度對(duì)加入Ni中間層后的界面IMC的影響。研究表明:Ni中間層能有效阻止鈦與不銹鋼間的擴(kuò)散，并抑制鈦與不銹鋼生成IMC; Ni與不銹鋼間不生成IMC，Ti-Ni界面生成Ti2Ni、TiNi及TiNi3等脆性

7、IMC;復(fù)合溫度越高，IMC厚度越大，界面剪切強(qiáng)度隨之降低;Ni中間層的加入有效的提高了界面結(jié)合強(qiáng)度，復(fù)合溫度不高于900℃時(shí)，界面剪切強(qiáng)度可以滿足國(guó)標(biāo)要求。
　　(7)加入Nb中間層，制備真空熱軋復(fù)合鈦/不銹鋼復(fù)合板，研究Nb中間層對(duì)真空熱軋復(fù)合鈦/不銹鋼復(fù)合板界面IMC生成的影響，研究復(fù)合溫度對(duì)加入Nb中間層后的界面IMC的影響。結(jié)果表明:Nb中間層能有效阻止鈦與不銹鋼間的擴(kuò)散，并抑制鈦與不銹鋼生成IMC; Ti-Nb界面不生

8、成IMC，溫度不高于900℃時(shí)，Nb與不銹鋼不生成IMC，溫度高于900℃后Nb與不銹鋼界面生成FeNb脆性IMC，并造成界面強(qiáng)度降低;850-1000℃范圍內(nèi)，加Nb中間層鈦/不銹鋼復(fù)合板界面結(jié)合強(qiáng)度均滿足國(guó)標(biāo)要求，900℃時(shí)界面強(qiáng)度達(dá)到最高值為397MPa。
　　(8)分析真空熱軋復(fù)合界面的結(jié)合機(jī)理及工藝控制原理。界面結(jié)合過程為:組坯后復(fù)合界面處存在大量間隙并殘余微量氣體;加熱過程中，部分界面形成初始結(jié)合點(diǎn);軋制過程，界面間隙

9、閉合，界面形成大面積實(shí)際物理接觸，界面原子被激活形成金屬鍵連接;軋制及冷卻過程界面發(fā)生擴(kuò)散及再結(jié)晶形成牢固冶金結(jié)合。工藝控制原理為:加熱過程中，部分金屬界面與氧反應(yīng)生成界面氧化物，真空度越高，氧化越弱;軋制過程，界面氧化物被包容進(jìn)基體金屬并被粉碎、彌散，壓下率越大，粉碎越厲害，分布越彌散;擴(kuò)散使界面形成冶金結(jié)合也導(dǎo)致部分金屬間生成金屬間化合物或kirkendall孔洞而削弱界面結(jié)合強(qiáng)度，通過控制復(fù)合溫度和加入中間層可以調(diào)整界面擴(kuò)散，從而