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金属层状结构复合材料是利用一定的复合连接技术将两种或两种以上的具有不同物理化学性能的金属板材连接在一起的一种新型材料,通过合理的设计,可以充分利用各组元的优势来满足复杂的工业应用需求。本文采用加热轧制复合的方法制备了6061/AZ31/Ti6Al4V/AZ31/6061复合板,利用金相显微镜(OM)、显微硬度计、拉伸试验机、扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)等分析技术对复合板力学性能及其两种结合界面的结合机理及强度和断裂机理进行了详细的分析与讨论。结果表明轧制压下量大于或等于40%后,由于变形的深入,Ti6Al4V层会出现颈缩或断裂。当轧制温度为450℃时,6061/AZ31界面会出现金属间化合物Al3Mg2,并且有这种金属间化合物生成的地方在界面拉剪试验过程中会发生断裂,界面的力学性能降低。试验结果表明:400℃下轧制复合得到的复合板抗拉强度和界面结合强度综合性能最优,两种界面的失效基本发生在界面原子相互扩散的区域,不同温度下轧制得到的复合板的结合界面在拉剪过程中均为脆性断裂。轧制复合过程中由于界面附加剪应力作用使得AZ31层在TD面上的晶粒大小不均匀分布,存在附加剪应变的区域的晶粒尺寸要明显小于其他区域,但随着轧制温度的升高,这种不均匀性会逐渐减弱。随着退火温度的升高,6061/AZ31界面会生成金属间化合物,在300℃下退火1h时在靠近6061处会生成Al3Mg2,当退火在400℃下进行1h后,界面在靠近6061侧形成Al3Mg2,在靠近AZ31侧形成Mg17Al12,这两种金属间化合物生成的地方在界面拉剪过程中会发生失效,即金属间化合物的生成对结合面的结合强度有不利的影响。当退火温度为200℃,时间为1h时,此界面没有金属间化合物生成,界面强度较高,界面的失效发生在原子相互扩散的区域。AZ31/Ti6Al4V界面在不同温度(200℃-400℃)的退火过程中没有新的物相生成,结合强度随着退火温度的升高逐渐增大,界面失效的位置由界面原子扩散区域逐渐往AZ31侧迁移。最后当退火温度为400℃时,退火1h后界面的断裂发生在AZ31的基体上。通过不同温度退火处理后复合板的界面在拉剪过程中都呈脆性断裂,从复合板整体一致性和各部分强度考虑,退火应选择在低温下进行。在200℃下对复合板进行退火时,随着退火时间的延长,6061/AZ31和AZ31/Ti6Al4V界面均没有降低界面强度的新的物相生成,结合强度均有所增加。6061/AZ31界面断裂的位置由界面原子扩散区域逐渐往AZ31侧迁移,AZ31/Ti6Al4V界面断裂发生的位置由界面原子扩散区域逐渐往AZ31侧迁移,但两个界面在不同温度下退火后在拉剪过程中的断裂仍然为脆性断裂。综合分析不同退火温度和退火时间下所得到的复合板的强度,此种叠层顺序下的铝/镁/钛复合板的退火在低温下长时间进行才能得到较好的整体强度。