·426 北京科技大学学报 第34卷 100 s100m 图3爆炸一轧制钛钢复合板钢侧组织.(a)轧制方向：(b)垂直轧制方向 Fig.3 Steel side microstructures of the exploding-rolling clad plate:(a)in the direction of rolling:(b)in the direction perpendicular to rolling 表2弯曲过程中初始出现的裂纹角度 加载的行程内，裂纹扩展到一定程度后，长度并未 Table 2 Crack initiation angle in the bending process 发生改变，但是裂纹的空隙增大，见图4(c)和(d) 试样 弯曲位移，△l/mm 弯曲角，w/() 由于基体材料塑性良好，对裂纹有很强的包裹作 爆炸内弯 1.25 11.20 用，因此阻碍了裂纹的扩展 爆炸外弯 0.43 3.86 图5为沿爆炸方向取样外弯时的扫描电镜照 轧制内弯 1.01 9.06 片.从图5(b)、(c)和(d)可以直接看出弯曲加载 轧制外弯 0.81 7.27 过程中裂纹的形态和数量变化.在弯曲加载过程 垂直爆炸内弯 2.47 21.93 中，裂纹在波头的漩涡处产生，裂纹为台阶状，裂 垂直爆炸外弯 1.30 11.64 纹数量随这载荷的增大而增加.该处裂纹是受到压 垂直轧制内弯 0.80 7.18 应力而变形不协调时产生的，但在结合界面没有裂 垂直轧制外弯 0.38 3.41 纹产生 图6为沿垂直爆炸方向取样的扫描电镜照片， 中出现的初始裂纹弯曲角均大于外弯过程中出现的 界面的波状组织周期长，结合界面以平直界面为 初始裂纹弯曲角，说明内弯过程中的抗裂纹产生能 主.在内弯过程中，图6(a)裂纹产生的位置及扩展 力强.钢的弹性模量约为214GPa,而a-钛合金的 和图4钛钢爆炸复合板爆炸方向取样内弯实验基本 弹性模量为112GPa.钛材的弹性模量小于钢材.在 一致；在外弯过程中，图6(b)裂纹的产生位置和扩 内弯过程中，弹性模量大的金属回弹也大，使得外 展和图5钛钢爆炸复合板爆炸方向取样外弯基本 侧的钢材发生回弹并与内侧的钛材产生一个附加的 一致 结合力，从而阻碍了界面裂纹的产生.复层钛材 2.3.2爆炸一轧制法钛钢复合板的弯曲过程的原 TA2的力学性能和基层钢材Q235B的力学性能相 比，钢材具有较低的屈服强度.在弯曲的过程中， 位观察 钢材比钛材更易发生塑性变形.内弯时主要是钢材 图7为爆炸一轧制复合板内弯和外弯时扫描电 发生塑性变形，而外弯时主要是钛材发生塑性形 镜照片.在两种弯曲过程中，界面的块状金属间化 变，这种塑性变形能力的差异也导致了内弯过程的 合物发生破碎，产生裂纹，并且裂纹数量随加载的 抗裂纹产生能量强. 增大而增加，导致块状金属间化合物更加破碎.钛 2.3钛钢复合板弯曲过程的原位观察 材、钢材和金属间化合物界面结合良好，没有观察 2.3.1爆炸钛钢复合板弯曲过程的原位观察 到有裂纹生成.图8为爆炸一轧制复合板垂直轧制 图4为沿爆炸方向取样内弯时的扫描电镜照 方向取样的扫描电镜照片.可以看出裂纹的形态和 片.灰色为钢侧，黑色为钛侧.在弯曲加载过程中， 图7基本一致.当块状金属间化合物不能继续破碎 图4(a)和图4(b)裂纹首先在钢侧波头与钛侧界面 的时候，在块状金属间化合物与基体和复层三者结 结合处产生，随后在波头的漩涡处产生.波头与界 合的地方，会继续产生裂纹，协调块状物质的变 面结合处的裂纹方向与加载方向一致.随后，裂纹 形.在扫描电镜下能谱分析块状金属间化合物的组 也在距离受力点稍远处产生，裂纹产生的位置及其 成见表3.可以看出Fe和Ti的原子比接近为I:1, 扩展方向与受力点最近处的裂纹形态一致.在弯曲 确定块状金属间化合物为Fe-Ti金属间化合物.北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 图 3 爆炸--轧制钛钢复合板钢侧组织． ( a) 轧制方向; ( b) 垂直轧制方向 Fig． 3 Steel side microstructures of the exploding-rolling clad plate: ( a) in the direction of rolling; ( b) in the direction perpendicular to rolling 表 2 弯曲过程中初始出现的裂纹角度 Table 2 Crack initiation angle in the bending process 试样 弯曲位移，Δl /mm 弯曲角，w /( !) 爆炸内弯 1. 25 11. 20 爆炸外弯 0. 43 3. 86 轧制内弯 1. 01 9. 06 轧制外弯 0. 81 7. 27 垂直爆炸内弯 2. 47 21. 93 垂直爆炸外弯 1. 30 11. 64 垂直轧制内弯 0. 80 7. 18 垂直轧制外弯 0. 38 3. 41 中出现的初始裂纹弯曲角均大于外弯过程中出现的 初始裂纹弯曲角，说明内弯过程中的抗裂纹产生能 力强． 钢的弹性模量约为 214 GPa，而 α--钛合金的 弹性模量为112 GPa． 钛材的弹性模量小于钢材． 在 内弯过程中，弹性模量大的金属回弹也大，使得外 侧的钢材发生回弹并与内侧的钛材产生一个附加的 结合力，从而阻碍了界面裂纹的产生． 复层钛材 TA2 的力学性能和基层钢材 Q235B 的力学性能相 比，钢材具有较低的屈服强度． 在弯曲的过程中， 钢材比钛材更易发生塑性变形． 内弯时主要是钢材 发生塑性变形，而外弯时主要是钛材发生塑性形 变，这种塑性变形能力的差异也导致了内弯过程的 抗裂纹产生能量强． 2. 3 钛钢复合板弯曲过程的原位观察 2. 3. 1 爆炸钛钢复合板弯曲过程的原位观察 图 4 为沿爆炸方向取样内弯时的扫描电镜照 片． 灰色为钢侧，黑色为钛侧． 在弯曲加载过程中， 图 4( a) 和图 4( b) 裂纹首先在钢侧波头与钛侧界面 结合处产生，随后在波头的漩涡处产生． 波头与界 面结合处的裂纹方向与加载方向一致． 随后，裂纹 也在距离受力点稍远处产生，裂纹产生的位置及其 扩展方向与受力点最近处的裂纹形态一致． 在弯曲 加载的行程内，裂纹扩展到一定程度后，长度并未 发生改变，但是裂纹的空隙增大，见图 4( c) 和( d) ． 由于基体材料塑性良好，对裂纹有很强的包裹作 用，因此阻碍了裂纹的扩展． 图 5 为沿爆炸方向取样外弯时的扫描电镜照 片． 从图 5( b) 、( c) 和( d) 可以直接看出弯曲加载 过程中裂纹的形态和数量变化． 在弯曲加载过程 中，裂纹在波头的漩涡处产生，裂纹为台阶状，裂 纹数量随这载荷的增大而增加． 该处裂纹是受到压 应力而变形不协调时产生的，但在结合界面没有裂 纹产生． 图 6 为沿垂直爆炸方向取样的扫描电镜照片， 界面的波状组织周期长，结合界面以平直界面为 主． 在内弯过程中，图 6( a) 裂纹产生的位置及扩展 和图 4 钛钢爆炸复合板爆炸方向取样内弯实验基本 一致; 在外弯过程中，图 6( b) 裂纹的产生位置和扩 展和图 5 钛钢爆炸复合板爆炸方向取样外弯基本 一致． 2. 3. 2 爆炸--轧制法钛钢复合板的弯曲过程的原 位观察 图 7 为爆炸--轧制复合板内弯和外弯时扫描电 镜照片． 在两种弯曲过程中，界面的块状金属间化 合物发生破碎，产生裂纹，并且裂纹数量随加载的 增大而增加，导致块状金属间化合物更加破碎． 钛 材、钢材和金属间化合物界面结合良好，没有观察 到有裂纹生成． 图 8 为爆炸--轧制复合板垂直轧制 方向取样的扫描电镜照片． 可以看出裂纹的形态和 图 7 基本一致． 当块状金属间化合物不能继续破碎 的时候，在块状金属间化合物与基体和复层三者结 合的地方，会继续产生裂纹，协调块状物质的变 形． 在扫描电镜下能谱分析块状金属间化合物的组 成见表 3． 可以看出 Fe 和 Ti 的原子比接近为 1∶ 1， 确定块状金属间化合物为 Fe--Ti 金属间化合物． ·426·