通過焊接與軋制制備的不銹鋼/碳鋼復(fù)合板的組織與性能
時間：2019-06-13
作者：無錫不銹鋼板
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金屬復(fù)合板是一種具有優(yōu)異特性的金屬材料，它的研究與開發(fā)一直是材料加工領(lǐng)域的重要課題之一，它具有耐高溫、比模量大、比強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)小、良好的疲勞性能和斷裂韌性等優(yōu)點(diǎn)，自20世紀(jì)60年代產(chǎn)生以來，其研究開發(fā)已取得了巨大進(jìn)展，并已應(yīng)用到航天、航空、汽車、自行車等工業(yè)部門?，F(xiàn)有工藝方法有很多種，直接軋制復(fù)合法、爆炸制坯-軋制復(fù)合法、鑄軋復(fù)合法、電磁連鑄法等，這些方法本身的一些缺陷導(dǎo)致其在復(fù)合板的實際生產(chǎn)中受到了一定的限制。針對各種方法的不足，在實際生產(chǎn)中做到工藝簡單，操作方便，高效低耗可連續(xù)化生產(chǎn)將成為未來長期的研究方向。
焊接技術(shù)及工藝是復(fù)合材料實用化必須解決的關(guān)鍵問題之一，因此研究復(fù)合材料的焊接問題具有非常重要的意義。通過對無錫不銹鋼/碳鋼復(fù)合板的釬焊-軋制后的界面組織、力學(xué)性能和顯微硬度的測試，深入了解金屬基復(fù)合板的界面反應(yīng)和界面對性能的影響規(guī)律，為金屬復(fù)合板加工工藝的進(jìn)一步應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。
復(fù)合板的基板為低碳鋼Q235A，復(fù)板為奧氏體無錫不銹鋼304，碳鋼板的規(guī)格為300mm×150mm×10mm，無錫不銹鋼板的規(guī)格為300mm×150mm×10mm。焊前對兩種母材進(jìn)行清理，用丙酮清洗后烘干，然后進(jìn)行組坯焊接。釬焊在RJ井式電阻加熱爐中進(jìn)行，釬縫間隙為0.5mm，溫度900℃，保溫20min后取出。釬焊過程中在坯料表面上施加作用力，壓強(qiáng)約為20～50MPa，加熱爐無保護(hù)氣氛。
用450四輥熱軋機(jī)組對釬焊復(fù)合板進(jìn)行熱軋，加熱溫度為850℃，軋制壓下率為64%，軋制力為188.8kN，軋制了4道次。打磨拋光試樣，用混合酸水溶液（50ml鹽酸、5ml硝酸、50ml水），采用GX51倒置式系統(tǒng)金相顯微鏡、SSX-550電子掃描儀觀察釬焊及熱軋后的界面結(jié)合情況。
在萬能試驗機(jī)上進(jìn)行復(fù)合板的力學(xué)性能測試，包括拉伸、剪切、彎曲試驗，在JBW-500屏顯示沖擊試驗，在430/450SVDTM魏氏硬度計測試復(fù)合板的硬度。試驗結(jié)果表明：
（1）釬焊復(fù)合板界面處無錫不銹鋼側(cè)組織為晶粒細(xì)小的奧氏體，部分晶粒呈孿晶，熱軋后，有白色條紋狀α相鐵素體；碳鋼側(cè)組織為鐵素體和均勻分布的片狀珠光體，釬縫組織均有富銅相、富銀相和黑色富銅相與相間的白色富銀針狀相組成的共晶組織構(gòu)成。
（2）無錫不銹鋼、碳鋼板與釬料接觸的表面發(fā)生擴(kuò)散作用，擴(kuò)散層的厚度約為10μm。
（3）復(fù)合板的抗拉強(qiáng)度較基材碳鋼板高，退火后，其抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和硬度降低，而沖擊吸收能量、剪切強(qiáng)度提高；復(fù)合板的力學(xué)性能符合使用要求。