鋼-鋁復(fù)合板界面組織特征及力學(xué)性能研究.pdf

1、金屬基復(fù)合材料主要在航空航天、電子電器、汽車等行業(yè)具有廣闊的發(fā)展空間及應(yīng)用前景。以鋼為基體，鋁為增強體，由這兩種材料制成的層狀復(fù)合材料兼?zhèn)淞虽摰母邚姼哂?、耐磨及延展性好等?yōu)點和鋁的導(dǎo)電導(dǎo)熱性好、耐蝕性好、比重小及表面光潔等優(yōu)點，是一種性價比高、綜合性能好的金屬基復(fù)合材料，具有廣闊的發(fā)展前途。
　　但是，由于鋼和鋁的熔點、線膨脹系數(shù)等相差懸殊，在熱復(fù)合后經(jīng)高溫退火熱處理時，兩金屬接觸面原子會相互作用，化合生成非連續(xù)的硬脆性金屬間化合

2、物，如FeAl、FeAl2和FeAl3等，嚴(yán)重影響復(fù)合材料的力學(xué)性能。目前可用于制造鋼/鋁層狀復(fù)合材料的主要工藝包括固相焊接復(fù)合法、塑性加工復(fù)合法及粘接技術(shù)等方法。
　　本論文采用兩種方法抑制鋼/鋁板中間脆性化合物的產(chǎn)生。方法一是直接對鋼(Q235)/鋁(5052)復(fù)合板進行兩道次熱軋制復(fù)合，以期在高溫條件下，通過大的變形量軋碎板材間的脆性化合物，實現(xiàn)板材的良好結(jié)合。結(jié)果表明，鋼(Q235)/鋁(5052)板預(yù)熱后進行第一道次軋制

3、時，界面上沒有中間化合物的形成，當(dāng)?shù)诙卧?00℃加熱保溫后，界面上產(chǎn)生部分連續(xù)、部分非連續(xù)的FeAl、FeAl2及FeAl3，這些化合物往往是裂紋產(chǎn)生源頭，能夠加速裂紋在界面上的傳播，從而降低復(fù)合板的沖壓性能。但是，當(dāng)?shù)诙来我源笞冃瘟繜彳垥r，界面上的化合物受迫被軋碎，彼此分離，最終消失在基體中，基體金屬因此能相互接觸，在界面上形成強有力的鍵合，軋后進行低溫退火，可以消除板材內(nèi)部殘余應(yīng)力、缺陷及組織不均勻性，提高板材的塑性，軋后進行高

4、溫退火又會產(chǎn)生脆性的化合物，所以該方法制備的復(fù)合板適用于非高溫長期使用的環(huán)境。方法二是在鋼/鋁板界面添加薄銅片采用兩道次熱軋工藝制備鋼(Q235)/銅/鋁(5052)復(fù)合板，以期通過薄銅片的作用抑制Fe-Al中間脆性化合物的產(chǎn)生。制備工藝為:先將銅/鋁板復(fù)合，軋到約0.4mm，后將鋼板與銅/鋁板在低溫下加熱保溫，以40％壓下量進行第一道次軋制，隨后在高溫下加熱保溫，然后以不同的壓下量第二次軋制，軋后進行高溫退火。最佳工藝制備出的復(fù)合板，

5、界面上產(chǎn)生連續(xù)分布的中間梯度擴散層Al2Cu、Al4Cu9和Cu，它們與基體結(jié)合緊密，試驗測得其彎曲次數(shù)達到45次界面不開裂。該方法制備的復(fù)合板適用于高溫長周期使用的環(huán)境。
　　此外，實驗中發(fā)現(xiàn)板材中間化合物的生長有一定的規(guī)律，隨著退火溫度的升高和退火時間的延長，中間化合物逐漸增多，化合物層逐漸變厚。在低溫退火時，即使時間延長，板材界面上也未明顯觀察到中間化合物的形成。最后，實驗通過SEM觀察了鋼(Q235)/鋁(5052)復(fù)合板