爆炸焊接304/Q245复合钢界面结构及剪切行为各向异性研究

以304不锈钢 /Q245普碳钢焊接界面为研究对象,本文系统地探讨了界面结构不均匀性及其对服役行为的影响。研究过程中首先观察横截面、纵剖面结构的不均匀性,并基于非平衡运动方程,解释界面结构产生不均匀性的机理。进一步,针对界面波的方向特性,测试其剪切行为随定位角变化特征。最后利用SEM观察剪切断口形貌,认识界面结构对其断裂模式影响。研究表明,爆炸焊接装药爆轰压力脉动是导致界面结构不均匀性的根本原因,而界面波延展方向决定了断裂失效模式和损伤裂纹扩展行为;此外,本文获得了界面最优剪切强度承载方向,可指导爆炸复合材料应用于工程实践。     

304不锈钢/Q235钢的多层爆炸焊接

为解决传统爆炸焊接中能量利用率和工作效率较低的问题,提出了一种多层爆炸焊接新方法.以五层爆炸焊接为例,304不锈钢板和Q235钢板分别作为复板和基板,进行了多层爆炸焊接和传统单层爆炸焊接的对比试验,并对爆炸焊接窗口和复板碰撞速度进行了理论计算. 结果表明,与传统爆炸焊接技术相比,五层爆炸焊接中可节省炸药量63%,并且五层爆炸焊接技术通过一次爆炸作业可获得五块焊接板,有利于提高爆炸焊接作业的工作效率. 此外,得到了304不锈钢和Q235钢的爆炸焊接窗口并对结合质量进行了预测,试验和预测结果吻合良好.     

304/Q245R爆炸复合板结合界面的退火组织和硬度

针对304/Q245R爆炸焊接复合板,采用扫描电镜(SEM)和纳米压痕仪研究了消应力退火后基材侧结合界面中珠光体(P)和铁素体(F)形态的演变及对硬度的影响. 结果表明,细晶区为再结晶形成的直径为1 μm的等轴晶粒,原珠光体位置形成的等轴晶粒中,铁素体亚晶尺寸小于100 nm,亚晶界由不连续的球化渗碳体和连续分布的碳原子构成;纤维区中珠光体破碎部位分别发生渗碳体球化和铁素体亚晶析出,部分未破碎的层状珠光体发生时效软化;扭转晶粒区少量破碎的珠光体发生渗碳体球化和铁素体亚晶析出,大量未破碎的层状珠光体区域则发生时效硬化;结合界面中铁素体和珠光体的硬度依据各区域软化或硬化的机制而不同.     

爆炸焊接钢/钢复合板接合界面微观结构分析

用HRTEM、TEM和SEM研究了 0 0Cr18Ni5Mo3Si2 16Mn爆炸接合复合板性能及接合界面微区组织结构。结果表明 ,0 0Cr18Ni5Mo3Si2 16Mn复合板强度不低于 16Mn基板的强度 ,180°扭转无裂纹出现 ;接合区形貌近似呈正弦波形 ,接合界面附近形成微细晶区 ;接合界面处的白亮带可能是严重塑性变形和绝热熔化条件下急冷形成的纳米晶结构层和非晶态组织 ;爆炸方法可望用来制备纳米晶和非晶态薄膜材料。     

304/Q245R爆炸复合板覆板侧结合界面的组织和硬度

采用扫描电镜、X射线衍射仪和纳米压痕仪等手段,分析了消应力退火后304/Q245R爆炸复合板不锈钢覆板侧结合界面的组织结构和硬度.白亮带区由动态再结晶所形成的相变马氏体和奥氏体纳米晶构成;纤维区由剧烈变形拉长奥氏体晶粒和其孪晶交叉处形成的马氏体构成;变形区由扭转变形奥氏体晶粒和其孪晶交叉处形成少量马氏体构成.白亮带、纤维区和变形区与原始奥氏体区未变形区相比的纳米硬度分别提高32%,13.5%和9.1%,白亮区的纳米晶强化以及纤维区较变形区较大的马氏体相变强化为其主要原因.     

Q345钢/镍固态剪切连接界面扩散行为研究

采用固态剪切连接工艺实现镍/Q345钢连接,并对结合界面的显微组织、扩散行为和连接性能进行测试分析.结果表明:镍和Q345钢界面结合良好,无明显的缺陷;过渡区厚度约4 μm,结合处Fe、Ni元素发生互扩散,Fe元素向镍基体扩散距离大于Ni元素向Q345钢基体扩散距离,主要以Fe元素向镍基体扩散为主;过渡层主要为FeNi...     

钛/304不锈钢板爆炸焊接界面开裂原因分析

10 mm厚的304(06Cr19Ni10)不锈钢开平板作为基板与4 mm厚的TA2工业纯钛板进行爆炸复合,经540℃保温2 h缓冷热处理和矫平机矫平后,复合板边角部位沿复合界面产生开裂。通过将开裂复合板和复合良好的试样进行对比分析,发现开裂是由于复合界面材料过度熔合,形成大量金属间化合物、氧化物等脆性相和疏松孔洞引起的,提出了将爆炸焊接时装药量按下限控制改进的措施,通过试验验证复合界面开裂的现象基本消失。     

钛/钢复合板爆炸焊接试验及结合界面研究

为探讨造成钛/钢爆炸焊接复合板结合质量差、末端易出现不同程度开裂区域的原因,进行了钛/钢复合板的爆炸焊接试验,并对结合界面进行了光学金相分析(OM)、电镜扫描(SEM)及能谱线扫描(EDS)。结果表明,平行于结合界面的剪应力是结合界面的主要受力状态;复合板末端处平行于结合界面的剪应力过大、沿部分已焊接界面和Fe基体一侧撕裂,是造成复合板末端开裂的主要原因;优化装药工艺可减小结合界面脆性金属间化合物层的厚度、减缓末端的开裂程度,并显著提高焊接质量。     

钛箔/钢爆炸焊接的界面结合性能

为减小钛/钢爆炸焊接钛层的使用量,以低爆速乳化炸药作为焊接炸药,食盐作为传压层,成功实现厚度200 μm TA1钛箔与Q235钢的爆炸焊接.通过金相显微镜、扫描电镜和能谱仪对界面微观形貌进行分析,利用万能试验机对复合板试件进行拉伸、弯曲试验检测其结合性能. 结果表明,钛箔/钢界面呈规则的波形,主要以熔化层结合,具有良好的结合质量.靠近界面金属产生强烈的塑性变形,钢侧晶粒呈流线状.波后的旋涡内包含熔化块,未观测到孔洞、裂隙等缺陷.根据Ti和Fe元素原子比例,熔化块成分主要为FeTi,Fe₂Ti等金属间化合物.三点弯曲和拉伸试件的界面均未出现分离,复合板材界面具有良好的塑性变形能力和结合性能.拉伸试件断口两侧的钛层与钢层存在大小不一的韧窝,主要呈塑性断裂.     

TA1/Q235R爆炸焊接复合板界面组织及力学性能

通过扫描电子显微镜（SEM）和能谱扫描仪（EDS）等分析方法,结合力学性能试验,研究了TA1/Q235R爆炸焊接复合板的界面组织与力学性能。结果表明：TA1/Q235R在爆炸焊接后形成了规律的波状结合界面以及不均匀的漩涡状组织。漩涡组织主要由TiFe、TiFe2等脆性金属间化合物组成,漩涡组织中裂纹、夹杂物、脆性金属间化合物等缺陷导致界面的破坏易沿波形轨迹发生;钛/钢界面拉伸剪切强度达194 MPa,复合板的最大抗拉强度为440 MPa;拉剪断口表现为以脆性断口为主的混合断裂特征,断口特征表明漩涡组织中金属熔化层对钢侧的结合强度高于钛侧。板材拉伸断口为韧性断口。     

304/Q235B爆炸焊接不锈钢复合板的热处理工艺研究

以爆炸焊接的304/Q235B不锈钢复合板为研究对象,进行了不同的热处理工艺试验,分析了不同热处理工艺条件下不锈钢复合板的组织和性能,以探索适合爆炸焊接不锈钢复合板的热处理工艺。结果证明,304/Q235B不锈钢复合板不宜进行去应力退火,应进行固溶热处理。去应力退火后304/Q235B不锈钢复合板的塑性、韧性偏低,抗晶间腐蚀性能下降。304/Q235B不锈钢复合板固溶热处理温度不宜超过950℃。     

爆炸复合界面层内绝热剪切带的一些冶金行为

初步探讨了钛／钢爆炸复合界面层内钛侧所产生的绝热剪切带（ａｄｉａｂｔｉｃｓｈｅａｒｂａｎｄ）在热处理及各种准静态加载（如拉伸，压缩，疲劳等）后其内部组织和力学性能等冶金行为的变化情况，为绝热剪切敏感材料的工程应用提供实验依据和理论指导，试验结果表明，经热处理及拉伸，压缩等准静态加载后ＡＳＢ内的显微硬度值都高于其钛基体的显微硬度值；经５５０℃，３０ｍｉｎ退火后（低于纯钛的再结晶温度）ＡＳＢ内已形成等     

321钢/Qd370qD钢爆炸焊接界面纳米晶组织

利用透射电子显微镜研究321钢/Qd370qD钢爆炸焊接界面附近的纳米晶组织。结果表明,界面附近出现液态合金的调幅分解现象。过冷度越大,调幅分解的波长越小,形成的纳米晶越小。调幅分解波纹内的有序原子集团通过合并长大,形成初生的小晶体。     

钒/镍复合中间层扩散焊接钨与钢的界面结构及力学性能

通过添加钒/镍复合中间层,在1 050℃/10 MPa/1 h的工艺条件下,对钨/钢异种材料进行真空扩散焊接.采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、电子探针(EPMA)、纳米压痕、X射线衍射对接头的微观组织、元素分布及显微硬度进行分析和测试;对焊接接头的拉伸性能进行测试,并对拉伸断口的形貌特征,元素分布及物相组成进行分析.结果表明,采用钒/镍复合层可实现钨与钢的可靠焊接;钨/钢焊接接头界面区由钨-钒固溶体层、未反应的钒层、钒-镍界面层、未反应的镍层、镍-铁固溶体层五部分组成,其中钒-镍界面层结构为碳化钒层/钒-镍金属间化合物和碳化钒混合层/钒-镍金属间化合物层;钒/镍界面由于硬脆碳化物与金属间化合物的产生,具有最高的显微硬度,硬度高达9.7 GPa;接头强度达164 MPa,断裂点位于含脆性相碳化钒及钒-镍金属间化合物的钒/镍界面.     

铝钢爆炸焊接界面钢侧纳米晶研究

采用透射电镜研究了爆炸焊接的铝-钢界面钢侧的组织,分析了纳米晶的形成机制。结果表明:由基体向界面方向,焊接的铝-钢试样从滑移线及单系孪晶过渡到多系孪晶,晶粒不断碎化;到界面附近,形成等轴状、随机取向的奥氏体及马氏体混合的纳米晶组织。     

304L/Q345R异种钢焊接数值模拟技术研究

Q345R和304L钢普遍应用在车辆、化工、船舶等领域,在工程实际中有时需要Q345R和304L钢的焊接。文中使用Ansys软件,选用高斯分布热源,建立了50 mm厚的Q345R/304L钢偏X形坡口焊接有限元模型,并对温度场与应力场进行了研究分析。结果表明：距热源相同距离时,304L钢材料温度上升速率明显大于Q345R钢的温度上升速率;高温时304L钢的冷却速度略微大于Q345R钢的,在低温时大致相同。焊缝区域应力明显大于母材区域的应力。Q345R钢侧的残余应力大于304L钢侧残余应力;304L钢侧最大应力可达241 MPa, Q345R钢侧最大应力可达327 MPa,焊缝区域最大应力可达380 MPa。沿板厚方向,在Q345R钢侧上下表面的Mises应力均大于250 MPa,试样中心部位的Mises应力约为150 MPa。304L钢侧上下表面的Mises应力均在20～30 MPa之间,试样中心部位的Mises应力约为150 MPa。Q345R钢侧所受的Mises应力明显大于304L钢侧所受的应力。焊缝上Mises应力情况较为复杂,最大达350 MPa,但最小应力仅为30～50 MP...     

爆炸焊接及镶铸Al的Al/Cu/钢复合板的界面特征

采用固-液镶铸法实现了Cu／50CrV复合板与铝合金LD10液的复合，利用扫描电镜对镶铸复合板和Cu／50CrV复合板界面的组织结构进行了比较和研究。结果表明：Al/钢复合界面与Cu／钢复合界面具有相似的波状界面结构；镶铸铝合金／钢的铝合金基体区的组织类似于铝合金加Cu的铸造组织，过渡区相当于是原铜／钢过渡区的“解体”，其中的组织、相成分都受原过渡区结构的影响，钢基体上脱落的颗粒的组织结构发生了很大的变化；要获得良好的界面结构，需要爆炸焊接复合板的优化设计。     

爆炸焊接参数对钽/304不锈钢界面波形影响的数值模拟

为了研究爆炸焊接参数对界面波形的影响,对钽/304不锈钢的爆炸焊接进行了二维数值模拟,模拟得到了不同碰撞角和碰撞速度的界面波。由输出模拟界面处波形图可观测到钢在爆轰过程中被拉长且在涡旋处强烈弯曲;测量波的波长以及波幅发现,当碰撞速度一定时,比波长由小到大依次为碰撞角12.2°、碰撞角14.1°、碰撞角16.4°;碰撞角一定时,碰撞速度为633 m/s界面波长和波幅小于碰撞速度为735 m/s时的界面波长和波幅;速度水平方向的数值大小与波长数值的大小一致性较好,速度竖直方向的数值大小与波幅数值的大小一致性较好。结果表明,结合界面处和界面附近的钢侧均发现了明显的解理断裂特征;界面处比波长与碰撞角呈正相关;碰撞速度越大,界面波长和波幅也越大;速度水平方向的分量决定波长数值的大小,速度竖直方向的分量决定波幅数值的大小。创新点： (1)结合光滑粒子流体动力学方法,采用单参数变化方法研究碰撞角和碰撞速度对界面波形的影响。(2)研究了速度的水平分量以及竖直分量对界面波形的影响。     

Nb/304L爆炸复合板界面组织分析

采用爆炸复合的方法制备出Nb/304L爆炸复合板,通过金相显微镜、扫描电镜、能谱、显微硬度等实验手段,分析了爆炸复合界面的组织形貌及成分。结果表明:控制适当的爆炸复合参数可获得Nb/304L爆炸复合界面的波状结合。在界面两侧,材料产生强烈的塑性变形并引起硬度的升高。在爆炸波两侧分布有射流形成的旋涡,爆炸界面易产生熔化层。熔化区及熔化层主要由铌及不锈钢熔化、冷凝下来的Fe-Nb-Cr-Ni合金组成,在熔化区内还夹有铌、不锈钢颗粒物。在爆炸复合界面上,元素间的扩散程度很小。     

钛/钢爆炸复合板界面波幅比与剪切强度关系研究

针对在不同爆炸复合工艺条件下生产的钛/钢复合板,通过在显微镜下观察其结合界面形态,测量其结合界面的波幅和波长,进行了波幅比的计算;同时,将界面波幅比与剪切强度进行分析对比,从而找出特定规格的钛/钢复合板界面波幅比与界面剪切强度的对应关系,为生产中钛/钢复合工艺优化提供参考依据.