第4期 刘继雄等：钛钢复合板弯曲过程的扫描电镜原位观察 ·425· (Q235B),爆炸-轧制复合板的厚度为1.2mm F加载前 (TA2)+10mm(Q235B).表1为复材TA2和基材 Q235B的力学性能. 表1TA2和Q235B的力学性能 Table 1 Mechanical properties of TA2 and Q235B F川载过程巾 材料 屈服强度/MPa抗拉强度/MPa 延伸率/% TA2 321 440 32 Q235B 260 445 31 图1弯曲加载的过程 1.2实验方法 Fig.1 Loading process of bending 分别在两种复合板上取样，经打磨、抛光后， 侧波的组织特征是存在塑性变形的流变组织，塑性 观察两种板材的原始组织. 变形在波峰临近界面处最为严重：随着离界面距离 利用JSM5800电镜观察复合板的弯曲过程. 逐渐增加，塑性变形逐渐减小.波头有金属熔块， 弯曲台型号为DEBEN,最大弯曲加载力为5kN,最 其基体为铁素体加珠光体的双相组织.图2(b)是 大弯曲行程为10mm.弯曲试样尺寸1mm×1mm× 钛钢爆炸复合板垂直爆炸方向组织，也具有波状界 50mm,复层和基层厚度比为1：1.用砂纸打磨至界 面，波周期长，在局部区域为平直界面.图3(a)和 面光亮，取四种状态下的试样，分别为爆炸复合方 (b)是钛钢爆炸一轧制复合板的组织，界面为平直 向、垂直爆炸复合方向、轧制复合方向和垂直轧制复 界面，界面上分布有呈多边形或长条状的白亮硬 合方向，弯曲过程分为内弯（钛在内侧，钢在外侧） 块，其基体为发生部分回复的带状组织. 和外弯（钢在内测，钛在外侧），观察八种状态下的 2.2裂纹产生的弯曲角度 弯曲变形过程.加载过程示意如图1所示，其中△l 弯曲试验可以检测层状复合板的结合强度.在 为加载点的行程，L为两个固定点的距离25.5mm, 层状复合材料的弯曲过程中，通过界面开裂的弯曲 a为弯曲半角.弯曲角计算公式为w=2a=2 arctan 角可以对复合材料界面结合质量做出初步判断.同 (2△1/L).根据加载过程中记录的弯曲力和位移曲 样，通过原位弯曲过程中裂纹刚开始产生时弯曲角 线，计算弯曲过程中初始出现的裂纹角度，通过得 的大小，可以判断界面抗裂纹产生能力的大小.在 出的角度大小，判断试样在弯曲过程中抗裂纹扩展 弯曲加载过程中，弯曲角度随着载荷的增大而增 能力. 大.当弯曲角度达到一定程度时，在界面处可以观 2实验结果和讨论 察到裂纹的萌生.继续加载，裂纹将扩展.根据原 位弯曲过程中裂纹开始产生的弯曲位移，计算裂纹 2.1原始组织观察 刚开始萌生的弯曲角.计算结果见表2. 界面原始组织如图2(a)所示，钛钢爆炸复合板 从表2可以看出，初始出现的裂纹弯曲角最小 界面沿爆炸焊接方向表现出爆炸焊接的典型特征， 为3.41°，最大为21.93°，说明在不同状态下材料 其界面为波状界面，波长0.8mm,波高0.2mm.钢 界面抗裂纹产生的能力存在较大差异.在内弯过程 (a) 100m 4 图2爆炸钛钢复合板钢侧组织.(a)爆炸方向：(b)垂直爆炸方向 Fig.2 Steel side microstructures of the exploding clad plate:(a)in the direction of explosion:(b)in the direction perpendicular to explosion第 4 期 刘继雄等: 钛钢复合板弯曲过程的扫描电镜原位观察 ( Q235B) ，爆 炸--轧制复合板的厚度为 1. 2 mm ( TA2) + 10 mm ( Q235B) ． 表 1 为复材 TA2 和基材 Q235B 的力学性能． 表 1 TA2 和 Q235B 的力学性能 Table 1 Mechanical properties of TA2 and Q235B 材料 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 延伸率/% TA2 321 440 32 Q235B 260 445 31 1. 2 实验方法 分别在两种复合板上取样，经打磨、抛光后， 观察两种板材的原始组织． 利用 JSM--5800 电镜观察复合板的弯曲过程． 弯曲台型号为 DEBEN，最大弯曲加载力为 5 kN，最 大弯曲行程为 10 mm． 弯曲试样尺寸 1 mm × 1 mm × 50 mm，复层和基层厚度比为 1∶ 1． 用砂纸打磨至界 面光亮，取四种状态下的试样，分别为爆炸复合方 向、垂直爆炸复合方向、轧制复合方向和垂直轧制复 合方向，弯曲过程分为内弯( 钛在内侧，钢在外侧) 和外弯( 钢在内测，钛在外侧) ，观察八种状态下的 弯曲变形过程． 加载过程示意如图 1 所示，其中 Δl 为加载点的行程，L 为两个固定点的距离 25. 5 mm， α 为弯曲半角． 弯曲角计算公式为 w = 2α = 2arctan ( 2Δl /L) ． 根据加载过程中记录的弯曲力和位移曲 线，计算弯曲过程中初始出现的裂纹角度，通过得 出的角度大小，判断试样在弯曲过程中抗裂纹扩展 能力． 图 2 爆炸钛钢复合板钢侧组织． ( a) 爆炸方向; ( b) 垂直爆炸方向 Fig． 2 Steel side microstructures of the exploding clad plate: ( a) in the direction of explosion; ( b) in the direction perpendicular to explosion 2 实验结果和讨论 2. 1 原始组织观察 界面原始组织如图 2( a) 所示，钛钢爆炸复合板 界面沿爆炸焊接方向表现出爆炸焊接的典型特征， 其界面为波状界面，波长 0. 8 mm，波高 0. 2 mm． 钢 图 1 弯曲加载的过程 Fig． 1 Loading process of bending 侧波的组织特征是存在塑性变形的流变组织，塑性 变形在波峰临近界面处最为严重; 随着离界面距离 逐渐增加，塑性变形逐渐减小． 波头有金属熔块， 其基体为铁素体加珠光体的双相组织． 图 2( b) 是 钛钢爆炸复合板垂直爆炸方向组织，也具有波状界 面，波周期长，在局部区域为平直界面． 图 3( a) 和 ( b) 是钛钢爆炸--轧制复合板的组织，界面为平直 界面，界面上分布有呈多边形或长条状的白亮硬 块，其基体为发生部分回复的带状组织． 2. 2 裂纹产生的弯曲角度 弯曲试验可以检测层状复合板的结合强度． 在 层状复合材料的弯曲过程中，通过界面开裂的弯曲 角可以对复合材料界面结合质量做出初步判断． 同 样，通过原位弯曲过程中裂纹刚开始产生时弯曲角 的大小，可以判断界面抗裂纹产生能力的大小． 在 弯曲加载过程中，弯曲角度随着载荷的增大而增 大． 当弯曲角度达到一定程度时，在界面处可以观 察到裂纹的萌生． 继续加载，裂纹将扩展． 根据原 位弯曲过程中裂纹开始产生的弯曲位移，计算裂纹 刚开始萌生的弯曲角． 计算结果见表 2． 从表 2 可以看出，初始出现的裂纹弯曲角最小 为 3. 41°，最大为 21. 93°，说明在不同状态下材料 界面抗裂纹产生的能力存在较大差异． 在内弯过程 ·425·