88 工程科学学报，第43卷，第1期 爆炸复合和轧制复合的钛/钢复合板界面残余应力 差较大，所以钛和钢的复合难度较大.目前，钛/钢 较大，需要在550~650℃下进行退火处理，退火 复合板的主要制备方法有爆炸复合法、爆炸-轧制 温度超过650℃会显著降低界面剪切强度26,7-粥] 复合法、扩散复合法和热轧复合法 T/439不锈钢复合板的最小延伸激活能与碳在铁 2.1爆炸复合法 中扩散的活化能相近，说明钢的塑性损失是由动 爆炸复合法是以炸药为能源，利用爆炸产生 态应变时效引起的，当界面结合强度较高时，钛层 的冲击力使两层或者多层金属板材发生剧烈碰 在250~550℃拉伸试验时会发生多次缩颈形成 撞、塑性变形、熔化以及原子间的互扩散，实现界 波纹表面，但钛的失稳不会影响钛/钢复合板整体 面牢固结合的一种金属复合板制备方法.爆炸复 的稳定性和成形性] 合坯料的装配方法有平行法和角度法两种，平行 2钛/钢复合板制备方法的研究现状 法适用于大面积金属复合板，角度法适用于高爆 速炸药和小面积金属复合板，其装配情况如图1 因为钛和钢的塑性变形能力和热膨胀系数相 所示0 Detonator Gap distance Explosive Clad plate s Base plate Installation angle Ground 777777777777777 (a)Parallel method (b)Angle method 图1爆炸复合法装配示意图网 Fig.1 Assembly diagram of explosive composite method0 爆炸复合法制备的钛/钢复合板的界面呈连续 炸复合法因环境污染和无法连续化制备钛/钢复 而规则的波形，该波形由前涡和后涡组成.尽管波 合板等问题，正在逐渐被轧制复合等其他方法所 形界面组织的存在可改善钛/钢复合板沿爆炸方向 取代7 的结合质量，但波形前涡尖端易包裹Fe2Ti、FeTi 2.2爆炸-轧制复合法 和TC等金属间化合物，这些金属间化合物周围 爆炸-轧制复合法是将待复合金属板材通过 常伴有微裂纹产生，会降低界面结合强度2,1-2 爆炸复合后，再通过冷轧或热轧获得金属复合板 爆炸载荷对钛/钢复合板的界面结合强度、界面组 的一种制备方法.爆炸-轧制复合法的一般工艺流 织和金属间化合物影响较大.爆炸载荷较低时，界 程是：金属板材准备→表面处理→爆炸复合→爆 面的波形平缓，振幅较小：随着爆炸载荷增大，界 后热处理→热轧→冷轧→校平.由于爆炸复合钛/ 面的波形振幅也逐渐增大，界面处熔化的金属比 钢复合板的界面加工硬化会影响后续轧制效果， 例增大，界面结合更紧密；但增大爆炸载荷也会促 需要通过爆后热处理消除界面的加工硬化；热处 使界面生成金属间化合物，损害界面结合强度24好44 理时需要控制温度低于850℃，避免界面生成 爆炸复合时，界面碰撞的动能损失和界面金属间 Fe2Ti和FeT26,7-4]钛/钢复合板的界面结合强度 化合物的生成也会降低钛/钢复合板的界面结合强 随着轧制压下率增大而增大.这是因为随着轧制 度.Manikandan等采用增加不同厚度过渡层金 压下率的增大，爆炸形成钛/钢复合板的波形界面 属的方法控制爆炸复合时界面的能量损失，发现 逐渐变得平直，界面金属间化合物破碎成不连续 添加薄的过渡层金属可产生没有金属间化合物的 分布的状态，有利于界面结合强度的提高9王敬 钛/钢界面，当过渡层金属厚度增大时，界面金属间 忠等B8]先用爆炸复合法把钛板和DT4纯铁过渡 化合物层的厚度也增大 层复合，再用热轧复合法将T/DT4与Q235钢板复 爆炸复合法因其工艺简单，易复合性质（熔 合，制备了T/DT4/Q235复合板；研究了制备工艺 点、强度、热膨胀系数等)相差较大的钛和钢，是 对界面结合强度的影响，发现热轧温度在830~ 制备钛/钢复合板最常用的方法之一但是，爆 880℃、退火温度在550~650℃时界面金属间化爆炸复合和轧制复合的钛/钢复合板界面残余应力 较大，需要在 550～650 ℃ 下进行退火处理，退火 温度超过 650 ℃ 会显著降低界面剪切强度[26, 37−38] . Ti/439 不锈钢复合板的最小延伸激活能与碳在铁 中扩散的活化能相近，说明钢的塑性损失是由动 态应变时效引起的，当界面结合强度较高时，钛层 在 250～550 ℃ 拉伸试验时会发生多次缩颈形成 波纹表面，但钛的失稳不会影响钛/钢复合板整体 的稳定性和成形性[39] . 2    钛/钢复合板制备方法的研究现状 因为钛和钢的塑性变形能力和热膨胀系数相 差较大，所以钛和钢的复合难度较大. 目前，钛/钢 复合板的主要制备方法有爆炸复合法、爆炸‒轧制 复合法、扩散复合法和热轧复合法. 2.1    爆炸复合法 爆炸复合法是以炸药为能源，利用爆炸产生 的冲击力使两层或者多层金属板材发生剧烈碰 撞、塑性变形、熔化以及原子间的互扩散，实现界 面牢固结合的一种金属复合板制备方法. 爆炸复 合坯料的装配方法有平行法和角度法两种，平行 法适用于大面积金属复合板，角度法适用于高爆 速炸药和小面积金属复合板，其装配情况如图 1 所示[40] . Detonator Explosive Clad plate Base plate Ground (a) Parallel method (b) Angle method α Installation angle Gap distance h 图 1    爆炸复合法装配示意图[40] Fig.1    Assembly diagram of explosive composite method[40] 爆炸复合法制备的钛/钢复合板的界面呈连续 而规则的波形，该波形由前涡和后涡组成. 尽管波 形界面组织的存在可改善钛/钢复合板沿爆炸方向 的结合质量，但波形前涡尖端易包裹 Fe2Ti、FeTi 和 TiC 等金属间化合物，这些金属间化合物周围 常伴有微裂纹产生，会降低界面结合强度[32, 41−42] . 爆炸载荷对钛/钢复合板的界面结合强度、界面组 织和金属间化合物影响较大. 爆炸载荷较低时，界 面的波形平缓，振幅较小；随着爆炸载荷增大，界 面的波形振幅也逐渐增大，界面处熔化的金属比 例增大，界面结合更紧密；但增大爆炸载荷也会促 使界面生成金属间化合物，损害界面结合强度[32, 43- 44] . 爆炸复合时，界面碰撞的动能损失和界面金属间 化合物的生成也会降低钛/钢复合板的界面结合强 度. Manikandan 等[45] 采用增加不同厚度过渡层金 属的方法控制爆炸复合时界面的能量损失，发现 添加薄的过渡层金属可产生没有金属间化合物的 钛/钢界面，当过渡层金属厚度增大时，界面金属间 化合物层的厚度也增大. 爆炸复合法因其工艺简单，易复合性质（熔 点、强度、热膨胀系数等）相差较大的钛和钢，是 制备钛/钢复合板最常用的方法之一[46] . 但是，爆 炸复合法因环境污染和无法连续化制备钛/钢复 合板等问题，正在逐渐被轧制复合等其他方法所 取代[37] . 2.2    爆炸‒轧制复合法 爆炸‒轧制复合法是将待复合金属板材通过 爆炸复合后，再通过冷轧或热轧获得金属复合板 的一种制备方法. 爆炸‒轧制复合法的一般工艺流 程是：金属板材准备→表面处理→爆炸复合→爆 后热处理→热轧→冷轧→校平. 由于爆炸复合钛/ 钢复合板的界面加工硬化会影响后续轧制效果， 需要通过爆后热处理消除界面的加工硬化；热处 理时需要控制温度低 于 850 ℃ ，避免界面生 成 Fe2Ti 和 FeTi[26, 47−48] . 钛/钢复合板的界面结合强度 随着轧制压下率增大而增大. 这是因为随着轧制 压下率的增大，爆炸形成钛/钢复合板的波形界面 逐渐变得平直，界面金属间化合物破碎成不连续 分布的状态，有利于界面结合强度的提高[49] . 王敬 忠等[38] 先用爆炸复合法把钛板和 DT4 纯铁过渡 层复合，再用热轧复合法将 Ti/DT4 与 Q235 钢板复 合，制备了 Ti/DT4/Q235 复合板；研究了制备工艺 对界面结合强度的影响，发现热轧温度在 830～ 880 ℃、退火温度在 550～650 ℃ 时界面金属间化 · 88 · 工程科学学报，第 43 卷，第 1 期