论文部分内容阅读
[摘 要]近几年来我国的经济水平获得了飞速提升，加工制造行业获得了飞速的发展，对金属复合板进行了广泛应用。由于其具备优秀的综合性能，可以大幅降低企业的生产制造成本，还被广泛应用在航空航天、化工等行业。在制备金属复合板的过程中，经常会采用爆炸焊接法，尤其是对与钛-铝复合板来说。
[关键词]TA1-A1060复合板；爆炸焊接；性能；界面微观结构
中图分类号：TU334 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）23-0352-01
前言：钛及钛合金都具备较强的耐热、耐腐蚀性能，被广泛应用在航空、化工等行业领域。同时，由于其具备综合性较强的优异性能，还可大幅降低企业的生产成本。而利用爆炸焊接为降低成本提供了可能性。利用爆炸焊接方式获取钛-铝复合板，在确保铝质量轻的同时，还可将钛具备的耐腐蚀、耐热性能充分发挥，因此其也具备较强的应用空间、应用前景。
一、实验材料与实验方法分析
为了对钛-铝爆炸钢板性能以及界面微观结构进行更好的分析，本文中的实验采用了钛-铝复合板基本情况如下：TA1工业纯钛覆板厚度为4mm，A1060硬铝合金基板厚度为12mm。其中TA1中的化学成分包含Fe、C、N等。A1060中的化學成分包含Si、Fe、Cu等。TA1的抗拉强度值为441MPa，A1060抗拉强度值为410MPa，延伸率分别达到了25%与17%。实验中利用的爆炸焊接工艺及参数如下：对覆板进行了平行放置，炸药由80%铵油炸药、15%膨化硝铵炸药与5%珍珠岩混合型炸药共同组成，炸药的厚度设置为24mm，在覆板与基板之间的距离为12mm。之后对覆板TA1与基板A1060进行了爆炸焊接操作，并获取钛-铝复合板。
在获得钛-铝复合板之后，沿着其爆轰的方向采用切割的方式进行加工，之后将分析测试试样进行了制备。本次实验采用的机器为CMT5105型电子万能试验机，对钛-铝复合板的抗拉强度与剪切强度进行测试，利用HXS-1000A型显微硬度计对钛-铝复合板的界面显微硬度分布进行检测。还利用了MM6型光学金相显微镜对钛-铝复合板的界面金相组织进行观察[1]。利用QuanTA100型扫描电镜对钛-铝复合板的拉伸断口样貌进行了观察与分析。利用D8Advance型X射线衍射仪对钛-铝复合板的界面物相进行分析，以期检测出在爆炸焊接过程中，其界面位置是否生成了金属间化合物。
二、实验结果及分析
（一）复合板力学性能分析
1.拉伸强度
在对钛-铝复合板进行了拉伸强度检测实验之后，其抗拉强度为436.0；其延伸率为20.3。可以将其利用以下公式进行表示：。在公式中，与表示钛-铝复合板基材A1060、覆材TA1抗拉强度的下限值，分别取值为410与441.公式中的与表示钛-铝复合板的基材、覆材厚度，分别取值为12，4mm。
通过公式进行计算，可以获得钛-铝复合板的抗拉强度值为422.4MPa。通过实验将钛-铝复合板的抗拉强度进行反复实验[2]，发现测量所得的抗拉强度略微超过了理论强度，表明钛-铝复合板的抗拉强度能够满足实际生产的需求。
2.剪切强度
在对钛-铝复合板进行了抗拉伸强度之后，接下来对其进行了剪切强度测试。实验结果如下：钛-铝复合板的基板厚度为12，覆板厚度为4，粘结面积为56.8，最大的拉力值为4.16F/kN，剪切强度为73.2。
3.显微硬度
通过实验可以得知，在钛-铝复合板的结合界面处呈现的显微硬度值最大。通过分析可以看出，在利用爆炸焊接进行焊接的过程中，由于会产生剧烈的爆炸冲击，会使钛-铝复合板出现加工硬化效应，还会形成细晶粒，因此会使得复合板结合界面位置的显微硬度值不断增加。随着结合界面处的距离不断增加，钛-铝复合板两侧的材料显微硬度在快速下降。由于在对TA1进行软化时产生的温度要高于A1060，可以看出相比于A1060的侧相比来说，TA1的硬化区间要更宽。
（二）钛-铝爆炸复合板界面微观结构分析
1.界面的微观结构
在对钛-铝复合板进行爆炸焊接的过程中，可以将复合板的界面分成平直界面、波状结合界面、熔化层。利用爆炸焊接方法对复合板进行制造的过程中，一般都会希望得到波状结合界面。
在本次实验中，通过对钛-铝复合板界面的微观组织形貌进行观察，可以看出覆板与基板呈现波状的形式。其波状结合的位置沿着爆轰波方向，最终形成了象鼻状的结构。
在进行实验的过程中，与结合界面相近的TA1侧显微组织，在对其进行爆炸焊接时，界面中的碰撞区会产生极大的过度冷与塑性变形现象，可组成非自发晶核形成的最终条件，还会在界面位置形成细晶粒组织。随着与界面之间存在的距离不断增加，塑性变形与向外传递的热量在快速减小，会继续维持原本的晶体组织。通过对实验结果进行分析，还可以看出波的脊背上存在由于塑性变形沿爆轰方向拉扯的纤维状变形组织。另外，在钛-铝复合板的爆炸焊接区域还存在黑色的结构。在钛-铝爆炸复合板的界面区域会呈现典型的铸锭组织结构[3]，因此可将这些黑色物质看作为铸锭缺陷。
2.界面区XRD分析
在对TA1与A1060实施爆炸焊接的过程中，如果形成较多数量的钛-铝金属间化合物，会对钛-铝复合板界面的性能产生不良影响，会降低复合板具备的抗拉强度。为了将钛-铝界面区域是否生成脆性相进行检测，本次实验对其进行了物相分析，最终制成XRD分析曲线图。之后可以看出，在界面区域主要包含与两相，其中并没有发现钛-铝金属间化合物。这种情况说明在进行爆炸焊接时主要为固相结合，在界面区域的钛与铝院子只出现了微量的扩散，会对金属间化合物的形成起到一定的抑制作用。
（三）结论
通过对钛-铝复合板进行力学性能测试可以看出，从整体上来说钛-铝复合板具备良好的力学性能，在界面结合部位的显微硬度值最高。随着与界面之间的距离不断增大，显微硬度在不断下降。通过对金相组织的观察，钛-铝界面区域呈现波状，在各个波峰前段较为规律地分布象鼻状组织。在部分复合界面区域，含有黑色的空洞，在钛侧距离界面处较近的位置，晶粒组织为细小的晶粒，钛-铝复合板的拉伸断口为韧性断裂的特点。
结语
通过对钛-铝爆炸复合板性能及界面微观结构进行分析可以看出，利用爆炸焊接的方式可以将生产承办有效降低，并增强钛-铝复合板的整体性能，从而被更好地应用在生产加工制造过程中。
参考文献
[1] 夏鸿博.钛—铝爆炸复合板的性能及其界面微观结构[D].南京航空航天大学，2014.
[2] 翟伟国.钛—钢和铜—钢爆炸复合板的性能及界面微观组织结构[D].南京航空航天大学，2013.
[3] 韩小敏，王少刚，黄燕，陈照峰，李斌斌.TA10-Q345R爆炸复合板的界面微观结构及力学性能[J].压力容器，2015，06：24-29.
[关键词]TA1-A1060复合板；爆炸焊接；性能；界面微观结构
中图分类号：TU334 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）23-0352-01
前言：钛及钛合金都具备较强的耐热、耐腐蚀性能，被广泛应用在航空、化工等行业领域。同时，由于其具备综合性较强的优异性能，还可大幅降低企业的生产成本。而利用爆炸焊接为降低成本提供了可能性。利用爆炸焊接方式获取钛-铝复合板，在确保铝质量轻的同时，还可将钛具备的耐腐蚀、耐热性能充分发挥，因此其也具备较强的应用空间、应用前景。
一、实验材料与实验方法分析
为了对钛-铝爆炸钢板性能以及界面微观结构进行更好的分析，本文中的实验采用了钛-铝复合板基本情况如下：TA1工业纯钛覆板厚度为4mm，A1060硬铝合金基板厚度为12mm。其中TA1中的化学成分包含Fe、C、N等。A1060中的化學成分包含Si、Fe、Cu等。TA1的抗拉强度值为441MPa，A1060抗拉强度值为410MPa，延伸率分别达到了25%与17%。实验中利用的爆炸焊接工艺及参数如下：对覆板进行了平行放置，炸药由80%铵油炸药、15%膨化硝铵炸药与5%珍珠岩混合型炸药共同组成，炸药的厚度设置为24mm，在覆板与基板之间的距离为12mm。之后对覆板TA1与基板A1060进行了爆炸焊接操作，并获取钛-铝复合板。
在获得钛-铝复合板之后，沿着其爆轰的方向采用切割的方式进行加工，之后将分析测试试样进行了制备。本次实验采用的机器为CMT5105型电子万能试验机，对钛-铝复合板的抗拉强度与剪切强度进行测试，利用HXS-1000A型显微硬度计对钛-铝复合板的界面显微硬度分布进行检测。还利用了MM6型光学金相显微镜对钛-铝复合板的界面金相组织进行观察[1]。利用QuanTA100型扫描电镜对钛-铝复合板的拉伸断口样貌进行了观察与分析。利用D8Advance型X射线衍射仪对钛-铝复合板的界面物相进行分析，以期检测出在爆炸焊接过程中，其界面位置是否生成了金属间化合物。
二、实验结果及分析
（一）复合板力学性能分析
1.拉伸强度
在对钛-铝复合板进行了拉伸强度检测实验之后，其抗拉强度为436.0；其延伸率为20.3。可以将其利用以下公式进行表示：。在公式中，与表示钛-铝复合板基材A1060、覆材TA1抗拉强度的下限值，分别取值为410与441.公式中的与表示钛-铝复合板的基材、覆材厚度，分别取值为12，4mm。
通过公式进行计算，可以获得钛-铝复合板的抗拉强度值为422.4MPa。通过实验将钛-铝复合板的抗拉强度进行反复实验[2]，发现测量所得的抗拉强度略微超过了理论强度，表明钛-铝复合板的抗拉强度能够满足实际生产的需求。
2.剪切强度
在对钛-铝复合板进行了抗拉伸强度之后，接下来对其进行了剪切强度测试。实验结果如下：钛-铝复合板的基板厚度为12，覆板厚度为4，粘结面积为56.8，最大的拉力值为4.16F/kN，剪切强度为73.2。
3.显微硬度
通过实验可以得知，在钛-铝复合板的结合界面处呈现的显微硬度值最大。通过分析可以看出，在利用爆炸焊接进行焊接的过程中，由于会产生剧烈的爆炸冲击，会使钛-铝复合板出现加工硬化效应，还会形成细晶粒，因此会使得复合板结合界面位置的显微硬度值不断增加。随着结合界面处的距离不断增加，钛-铝复合板两侧的材料显微硬度在快速下降。由于在对TA1进行软化时产生的温度要高于A1060，可以看出相比于A1060的侧相比来说，TA1的硬化区间要更宽。
（二）钛-铝爆炸复合板界面微观结构分析
1.界面的微观结构
在对钛-铝复合板进行爆炸焊接的过程中，可以将复合板的界面分成平直界面、波状结合界面、熔化层。利用爆炸焊接方法对复合板进行制造的过程中，一般都会希望得到波状结合界面。
在本次实验中，通过对钛-铝复合板界面的微观组织形貌进行观察，可以看出覆板与基板呈现波状的形式。其波状结合的位置沿着爆轰波方向，最终形成了象鼻状的结构。
在进行实验的过程中，与结合界面相近的TA1侧显微组织，在对其进行爆炸焊接时，界面中的碰撞区会产生极大的过度冷与塑性变形现象，可组成非自发晶核形成的最终条件，还会在界面位置形成细晶粒组织。随着与界面之间存在的距离不断增加，塑性变形与向外传递的热量在快速减小，会继续维持原本的晶体组织。通过对实验结果进行分析，还可以看出波的脊背上存在由于塑性变形沿爆轰方向拉扯的纤维状变形组织。另外，在钛-铝复合板的爆炸焊接区域还存在黑色的结构。在钛-铝爆炸复合板的界面区域会呈现典型的铸锭组织结构[3]，因此可将这些黑色物质看作为铸锭缺陷。
2.界面区XRD分析
在对TA1与A1060实施爆炸焊接的过程中，如果形成较多数量的钛-铝金属间化合物，会对钛-铝复合板界面的性能产生不良影响，会降低复合板具备的抗拉强度。为了将钛-铝界面区域是否生成脆性相进行检测，本次实验对其进行了物相分析，最终制成XRD分析曲线图。之后可以看出，在界面区域主要包含与两相，其中并没有发现钛-铝金属间化合物。这种情况说明在进行爆炸焊接时主要为固相结合，在界面区域的钛与铝院子只出现了微量的扩散，会对金属间化合物的形成起到一定的抑制作用。
（三）结论
通过对钛-铝复合板进行力学性能测试可以看出，从整体上来说钛-铝复合板具备良好的力学性能，在界面结合部位的显微硬度值最高。随着与界面之间的距离不断增大，显微硬度在不断下降。通过对金相组织的观察，钛-铝界面区域呈现波状，在各个波峰前段较为规律地分布象鼻状组织。在部分复合界面区域，含有黑色的空洞，在钛侧距离界面处较近的位置，晶粒组织为细小的晶粒，钛-铝复合板的拉伸断口为韧性断裂的特点。
结语
通过对钛-铝爆炸复合板性能及界面微观结构进行分析可以看出，利用爆炸焊接的方式可以将生产承办有效降低，并增强钛-铝复合板的整体性能，从而被更好地应用在生产加工制造过程中。
参考文献
[1] 夏鸿博.钛—铝爆炸复合板的性能及其界面微观结构[D].南京航空航天大学，2014.
[2] 翟伟国.钛—钢和铜—钢爆炸复合板的性能及界面微观组织结构[D].南京航空航天大学，2013.
[3] 韩小敏，王少刚，黄燕，陈照峰，李斌斌.TA10-Q345R爆炸复合板的界面微观结构及力学性能[J].压力容器，2015，06：24-29.