钒+铜中间层钛/钢复合板组织及性能研究

摘要

钛/钢复合板既具有钛优异的耐腐耐蚀性能，又具有碳钢良好的的可焊接性及力学性能，其在生产和生活中的应用越来越广泛。直接复合的钛/钢复合板界面处容易生成脆硬的金属间化合物，从而导致复合板力学性能下降。为了防止金属间化合物的生成，提高复合板性能，本文选取了钒和铜作为中间层材料，采用真空轧制复合法分别在不同轧制温度下（850℃、900℃和950℃）制备了钒+铜中间层钛/钢复合板并进行不同退火温度和时间的热处理。随后利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪等实验设备对不同状态的钛/钢复合板进行了界面扫描、能谱分析、EBSD分析和物相分析等实验，同时利用拉伸实验和拉伸剪切实验测试了复合板的力学性能。针对实验数据进行分析处理和讨论，所得结论如下：　　不同轧制温度下钒+铜中间层钛/钢复合板界面分析表明，钛/钢复合板各界面处没有孔洞和裂纹，界面清晰，各界面实现了良好的冶金结合。Ti-V、V-Cu和Cu-Fe界面处元素相互扩散，在热轧复合过程中形成了一定厚度的扩散层；轧制温度越高，各界面处扩散层越厚。轧制温度为950℃时，复合板中钛、钢两侧基体发生了明显的动态再结晶，轧态组织消失，钛侧由尺寸较大的等轴晶粒组成，钢侧则由尺寸较小的等轴晶粒组成，此时的复合板强度最低，延伸率最大。　　轧制温度为850℃、900℃和950℃时的界面结合强度分别为203.1MPa、227.7MPa和157.5MPa，均高于国家标准。拉伸剪切断口形貌表明，850℃和900℃轧制的复合板剪切过程断裂方式为脆性断裂，950℃轧制的复合板则为韧性断裂。拉伸剪切断口XRD物相测试结果显示，钒和铜中间层的加入，有效阻止了Fe、Ti和C原子之间的相互扩散，界面处未检测到脆性的TiFe、TiFe2和TiC等金属间化合物。　　经不同退火温度和时间处理的的钒+铜中间层钛/钢复合板界面处仍实现了良好的冶金结合，界面处无孔洞和裂纹，界面清晰。随着退火温度增加和保温时间的延长，相比于轧制态复合板，退火后的钛/钢复合板界面处元素相互扩散程度越高，扩散层越厚，形成了更多的固溶体。退火后复合板界面结合强度和抗拉强度随着退火温度和保温时间的延长而逐渐降低，延伸率增加。退火过程中的回复和再结晶现象是导致复合板力学性能变化的主要原因。

目录

1 绪 论

1.1 选题背景

1.2 钛/钢复合板

1.3 钛/钢复合板制备方法

1.4 钛/钢复合板中间层的选取

1.5 钛/钢复合板的轧后热处理

1.6 课题研究目的、意义和内容

2 实验材料与实验方法

2.1 实验材料

2.2 实验设备

①轧机

②热处理仪器

③ X射线衍射仪

④扫描电镜（SEM）

⑤超声波清洗仪

⑥其他必要设备和工具

2.3 技术路线

2.4 钒+铜中间层钛/钢复合板的制备和热处理

2.5 微观组织表征

① SEM（扫描电子显微镜）和EDS（X射线能量色散谱）分析

② EBSD（电子背散射衍射）表征

③断口物相检测

2.6 力学性能测试

①拉伸实验

②拉伸剪切实验

3 轧制温度对钒+铜中间层钛/钢复合板组织与性能的影响

3.1 轧制温度对钛/钢复合板界面的影响

3.2 轧制温度对钛/钢复合板微观组织的影响

3.3.1 力学性能

3.3.2 界面结合强度

3.4 本章小结

4 退火工艺对钒+铜中间层钛/钢复合板组织与性能的影响

4.1 退火温度对钛/钢复合板板界面的影响

4.2 退火温度对钛/钢复合板微观组织的影响

4.3.1 力学性能

4.3.2 界面结合强度

4.4 退火时间对钛/钢复合板界面的影响

4.5 退火时间对钛/钢复合板微观组织的影响

4.6.1 力学性能

4.6.2 界面结合强度

4.7 本章小结

5 结 论

参考文献

附 录

A. 学位论文数据集

致谢