哈氏合金/Q345R爆炸复合板的组织与性能研究

摘要

爆炸复合技术利用炸药爆炸时产生的瞬时超高压和超高速冲击能，可实现金属层间界面冶金结合，复合板经过后续的加工及热处理可以获得优异的综合性能。哈氏合金/Q345R爆炸复合板是一种界面结合强度高、耐腐蚀性能优良的层状金属复合材料，在军工、船舶制造等领域具有重要的特种应用需求。本论文以西安天利复合材料有限公司采用专利技术制备的高性能哈氏合金/Q345R爆炸复合板为研究对象，研究了退火热处理工艺对轧制态爆炸复合板基体组织及界面结合效果的影响，探讨了复合界面的成波机制，分析了热处理过程中界面的扩散行为。采用界面显微硬度测试及拉剪试验，考察了复合板的组织、相结构与力学的相关性。结合对复合界面的电化学性能研究，明确了影响复合板耐蚀性能的因素。获得了以下有价值的结果。 金相观察结果显示，复合板的结合界面呈不规则的大波状结合，且存在波前漩涡特征，结合界面附近的金属发生了剧烈的塑性变形。在接触面上，部分区域产生熔化现象，出现熔化块、金属碎块、熔化层等特征。元素线扫描分析发现，复合板结合界面处主要元素呈明显浓度梯度分布，发生元素互扩散现象，扩散层约为0.7μm，实现了牢固的冶金结合。复合板在退火热处理之后界面仍呈现波状结合形式，且随着退火温度的升高和保温时间的延长，结合界面附近的塑性变形组织逐渐消失，转变为等轴晶组织，并且界面处原子的扩散层宽度也增加，XRD分析结果显示，结合界面处并未产生硬脆金属间化合物等有害相。 哈氏合金/Q345R爆炸态和退火态复合板结合界面及哈氏合金母材在人工海水中的动电位极化曲线和交流阻抗谱测试结果表明，复合板和复层母材都表现出钝性，相比较而言，复层母材的耐腐蚀性能更好，而复合板的耐蚀性能略有下降，且退火态的耐蚀性能较爆炸态的也略显降低，但下降的幅度均较小，能够满足实际工程结构对其耐蚀性能的要求。拉剪试验结果显示，断裂发生在基板Q345R侧，拉剪强度达到330MPa以上，而复合板结合界面未发生分离，说明界面具有良好的结合强度。显微硬度测试结果表明，爆炸态复合板的结合界面处显微硬度达到最大值，距离界面越远，显微硬度值越低，主要原因是塑性变形引起的加工硬化效应，而退火态的复合板结合界面处硬度值明显降低，说明对复合板进行适宜的热处理可在很大程度上消除爆炸复合过程中的加工硬化现象。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1爆炸焊接基本原理概述

1．1．1爆炸复合工艺过程

1．1．2爆炸复合时复板的运动规律

1．1．3射流形成理论

1．1．4波的形成机理

1．1．5爆炸焊接的可行性窗口

1．2爆炸焊接技术的优缺点、应用和展望

1．2．1爆炸焊接技术的优缺点

1．2．2爆炸焊接技术的应用

1．2．3爆炸焊接技术的展望

1．3本课题的研究目的和主要研究内容

2．1实验材料

2．2复合板试验分析

2．2．1复合板微观组织结构分析

2．2．2复合板性能测试

第3章爆炸复合界面组织及成分分析

3．1界面结合区基本形态

3．1．1结合区的塑性变形特征及其意义

3．1．2界面波的形成机理

3．2界面结合区金属的熔化

3．2．1界面结合区熔化的原因

3．2．2界面结合区的漩涡即熔化块

3．2．3界面结合区的熔化层

3．3界面结合区元素的扩散

3．3．1 C276／Q345R爆炸复合过程中扩散的发生条件

3．3．2影响爆炸复合中扩散的因素

3．4热处理对复合界面组织的影响

3．4．1热处理对结合界面组织形貌的影响

3．4．2热处理对结合界面元素扩散的影响

3．4．3结合界面处物相分析

3．5本章小结

第4章C276／Q345R爆炸复合板性能研究

4．1电化学性能研究

4．1．1电化学腐蚀测试的原理

4．1．2电化学腐蚀测试的特点

4．1．3电化学腐蚀测试的方法

4．1．4试验过程及结果分析

4．2力学性能研究

4．2．1拉剪强度测试与分析

4．2．2显微硬度测试与分析

4．3本章小结

第5章结论

参考文献

致谢