真空熱軋復合界面夾雜物的生成演變機理與工藝控制研究.pdf

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

2、鋼復合板，并以此為研究對象，針對界面夾雜物的生成及演變機理、界面夾雜物對復合性能的影響及各復合工藝對界面夾雜物的影響等進行了深入系統(tǒng)的研究。本論文的主要工作及研究成果如下：
　　(1)利用真空熱軋復合法制備特厚復合鋼板，研究分析復合界面夾雜物的生成機理。結(jié)果表明:特厚鋼板復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、下率對特厚復合鋼板界面夾雜物的影響，分析界面夾雜物形態(tài)對界面復合性能的影響。研究表明:組坯真空度直接影響復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，復合界面的結(jié)合強度越高，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，對結(jié)合性能的影響越小;高真空組坯，壓下率達到50％后，特厚復合鋼板界面性能可以達到與基體相當?shù)乃健?br>　　(3)利用真空熱軋復合法制

4、備不銹鋼復合板，研究分析復合界面夾雜物的生成機理。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等對應氧化物穩(wěn)定性更高的元素置換出來，形成混合氧化物。
　　(4)研究組坯真空度、軋制壓下率對不銹鋼復合板界面夾雜物的影響，分析界面夾雜物對界面復合性能的影響規(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，界面剪切強度越高，韌性越好，低真空及高真空下組坯界面性能

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

6、MC厚度增大，界面剪切強度下降;800-950℃復合溫度范圍內(nèi)，界面強度均不能滿足國標要求。
　　(6)加入Ni中間層，制備真空熱軋復合鈦/不銹鋼復合板，研究Ni中間層對真空熱軋復合鈦/不銹鋼復合板界面IMC生成的影響，研究復合溫度對加入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;復合溫度越高，IMC厚度越大，界面剪切強度隨之降低;Ni中間層的加入有效的提高了界面結(jié)合強度，復合溫度不高于900℃時，界面剪切強度可以滿足國標要求。
　　(7)加入Nb中間層，制備真空熱軋復合鈦/不銹鋼復合板，研究Nb中間層對真空熱軋復合鈦/不銹鋼復合板界面IMC生成的影響，研究復合溫度對加入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，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，并造成界面強度降低;850-1000℃范圍內(nèi)，加Nb中間層鈦/不銹鋼復合板界面結(jié)合強度均滿足國標要求，900℃時界面強度達到最高值為397MPa。
　　(8)分析真空熱軋復合界面的結(jié)合機理及工藝控制原理。界面結(jié)合過程為:組坯后復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;軋制過程，界面間隙

9、閉合，界面形成大面積實際物理接觸，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;擴散使界面形成冶金結(jié)合也導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)合強度，通過控制復合溫度和加入中間層可以調(diào)整界面擴散，從而