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通过焊接与轧制制备的不锈钢/碳钢复合板的组织与性能

日期:2015年12月16日 11:16

金属复合板是一种具有优异特性的金属材料,它的研究与开发一直是材料加工领域的重要课题之一,它具有耐高温、比模量大、比强度高、热膨胀系数小、良好的疲劳性能和断裂韧性等优点,自20世纪60年代产生以来,其研究开发已取得了巨大进展,并已应用到航天、航空、汽车、自行车等工业部门。现有工艺方法有很多种,直接轧制复合法、爆炸制坯-轧制复合法、铸轧复合法、电磁连铸法等,这些方法本身的一些缺陷导致其在复合板的实际生产中受到了一定的限制。针对各种方法的不足,在实际生产中做到工艺简单,操作方便,高效低耗可连续化生产将成为未来长期的研究方向。

焊接技术及工艺是复合材料实用化必须解决的关键问题之一,因此研究复合材料的焊接问题具有非常重要的意义。通过对不锈钢/碳钢复合板的钎焊-轧制后的界面组织、力学性能和显微硬度的测试,深入了解金属基复合板的界面反应和界面对性能的影响规律,为金属复合板加工工艺的进一步应用提供理论基础。
复合板的基板为低碳钢Q235A,复板为奥氏体不锈钢304,碳钢板的规格为300mm×150mm×10mm,不锈钢板的规格为300mm×150mm×10mm。焊前对两种母材进行清理,用丙酮清洗后烘干,然后进行组坯焊接。钎焊在RJ井式电阻加热炉中进行,钎缝间隙为0.5mm,温度900℃,保温20min后取出。钎焊过程中在坯料表面上施加作用力,压强约为20~50MPa,加热炉无保护气氛。
用450四辊热轧机组对钎焊复合板进行热轧,加热温度为850℃,轧制压下率为64%,轧制力为188.8kN,轧制了4道次。打磨抛光试样,用混合酸水溶液(50ml盐酸、5ml硝酸、50ml水),采用GX51倒置式系统金相显微镜、SSX-550电子扫描仪观察钎焊及热轧后的界面结合情况。
在万能试验机上进行复合板的力学性能测试,包括拉伸、剪切、弯曲试验,在JBW-500屏显示冲击试验,在430/450SVDTM魏氏硬度计测试复合板的硬度。试验结果表明:
(1)钎焊复合板界面处不锈钢侧组织为晶粒细小的奥氏体,部分晶粒呈孪晶,热轧后,有白色条纹状α相铁素体;碳钢侧组织为铁素体和均匀分布的片状珠光体,钎缝组织均有富相、富银相和黑色富铜相与相间的白色富银针状相组成的共晶组织构成。
(2)不锈钢、碳钢板与钎料接触的表面发生扩散作用,扩散层的厚度约为10μm。
(3)复合板的抗拉强度较基材碳钢板高,退火后,其抗拉强度、抗弯强度和硬度降低,而冲击吸收能量、剪切强度提高;复合板的力学性能符合使用要求。

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