·672* 北京科技大学学报 第34卷 面上形成的TC做了研究，发现其对钛、铁金属间化 发射扫描电镜(SEM)分析界面元素的扩散特征. 合物的形成具有抑制作用.Morizono等图研究了钛 2实验结果 和亚共析钢爆炸复合界面钢侧界面在不同温度下的 组织.结果表明：对于平直界面，界面上会形成柱状 2.1钛钢复合板组织特征 铁素体；温度增加，柱状铁素体的尺寸增加.Yang 钛钢复合板热处理前及经不同热处理后的组织 等研究结果显示，爆炸钛钢复合板钛侧界面的组 形貌如图1所示。原始组织的特点如图1(a)所示。 织特征是形成绝热剪切带 钛钢复合板的界面为周期性的波状界面：波头的漩 目前钛钢复合板的组织研究，主要集中在界面 涡区为空洞、裂纹、夹杂、偏析和疏松等.钢侧组织 组织特征和钛侧的组织特征，而对钢侧的组织特征 为纤维状的变形流线：塑性变形的程度随距界面的 研究较少.通过研究不同温度下的钢侧组织特征， 距离而发生改变，离界面近的地方，塑性变形大，离 为爆炸钛钢复合板的热加工工艺控制提供依据，特 界面远的地方，塑性变形小.I区为细晶区，离钛侧 别是热加工后钛钢复合板的钢侧组织控制.本文重 最近，宽度很窄，可以观察到细小的晶粒.它产生的 点研究了不同温度下钢侧组织转变特征，分析了组 原因可能是强烈塑性变形下因破碎而成的亚晶粒， 织转变的机理 也有可能是大量变形热作用下再结晶后的等轴晶 粒的.Ⅱ区为塑性变形区，晶粒发生严重塑性变形 1 实验材料及方法 后被拉长.Ⅲ区为品粒未发生塑性变形区， 实验材料是爆炸复合工艺生产的钛钢复合板， 复合板经750℃保温30min热处理后，界面附 复层为工业纯钛TA2,基层为碳钢Q235B.爆轰速 近观察到脱碳后形成的铁素体组织如图1(b)所示. 度大于2kms-1,间隙值大于2mm,平行起爆.厚度 I区脱碳后晶粒直接长大，形状较规则.Ⅱ区晶粒 规格为4mm(TA2)+36mm(Q235B).表1为TA2 脱碳后回复再结晶，形状不规则.Ⅲ区晶粒发生二 和Q235B的成分.表2为复材TA2和基材Q235B 次再结晶形成粗大的晶粒.基体组织为铁素体基体 的力学性能. 加珠光体.经800℃保温30min后，脱碳层的区域 增大，三个区域的晶粒进一步长大.特别是Ⅲ区的 表1基层Q235B和复层TA2成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of TA2 and Q235B 晶粒更加粗大.850℃保温30min后，脱碳层的区域 增大不明显，组织特征与800℃时基本一致.900℃ 材料C Mn Si P S N H 0 Fe Ti 保温30min后的组织特征与850℃及以下温度明显 Q235B0.1600.500.150.0110.010 一 一 Bal.- 不一样：I区的晶粒变得异常粗大，Ⅱ区的晶粒相对 TA20.009一 0.0120.0020.060.031Bal. 较细小.继续升高温度至950℃保温30min后，I 表2TA2和Q235B的力学性能 区的晶粒进一步长大，Ⅱ区的晶粒也发生了长大. Table 2 Mechanical properties of TA2 and Q235B Ⅲ区基本没有变化. 材料 屈服强度/MPa抗拉强度/MPa 延伸率1% 2.2界面组织的电子背散射衍射分析 TA2 321 440 32 通过电子背散射衍射分析界面脱碳层的显微组 Q235B 260 445 31 织特征和取向特征如图2所示。其中显微组织特征 与金相组织结果一致.各种颜色代表不同晶粒取 热处理设备为电阻炉，最高加热温度为1300℃. 向。从上图2可以得出热处理后该组织的织构不明 热处理工艺：从钢侧组织的角度出发，选择保温温 显.特别是图2()，离界面最近的组织也没有明显 度，两相区加热750、800和850℃，完全奥氏体区 的织构，这部分的晶粒特征虽然跟凝固过程中生长 加热900和950℃；保温时间为30min;冷却方式 的晶粒特征有些类似，但没有统一的沿<100>方向 为空冷. 生长.说明这部分晶粒的形核和长大不都沿着界面 试样经机械打磨和抛光后，用4%硝酸酒精侵 进行的，而是界面附近这个小的区域进行的. 蚀，利用光学显微镜ZEISS AX10进行组织观察.利 2.3热处理过程中界面扩散层的扫描电镜观察 用电子背散射衍射(EBSD)进行界面组织的微观织 在热处理过程中，不同材料的元素发生扩散. 构分析.试样经机械打磨后，进行电解抛光，电解液 利用背散射电子模式下不同元素的颜色差异来表现 用70%无水乙醇、20%高氯酸和10%丙三醇溶液； 扩散层的厚度.钢基体为白色，钛复层为黑色，在界 电解抛光电压为15V.利用ZEISS ULTRA55热场 面上钛侧有灰色过渡层，如图3所示.在950℃保温北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 面上形成的 TiC 做了研究，发现其对钛、铁金属间化 合物的形成具有抑制作用． Morizono 等［13］研究了钛 和亚共析钢爆炸复合界面钢侧界面在不同温度下的 组织． 结果表明: 对于平直界面，界面上会形成柱状 铁素体; 温度增加，柱状铁素体的尺寸增加． Yang 等［14］研究结果显示，爆炸钛钢复合板钛侧界面的组 织特征是形成绝热剪切带． 目前钛钢复合板的组织研究，主要集中在界面 组织特征和钛侧的组织特征，而对钢侧的组织特征 研究较少． 通过研究不同温度下的钢侧组织特征， 为爆炸钛钢复合板的热加工工艺控制提供依据，特 别是热加工后钛钢复合板的钢侧组织控制． 本文重 点研究了不同温度下钢侧组织转变特征，分析了组 织转变的机理． 1 实验材料及方法 实验材料是爆炸复合工艺生产的钛钢复合板， 复层为工业纯钛 TA2，基层为碳钢 Q235B． 爆轰速 度大于 2 km·s － 1 ，间隙值大于 2 mm，平行起爆． 厚度 规格为 4 mm ( TA2) + 36 mm ( Q235B) ． 表 1 为 TA2 和 Q235B 的成分． 表 2 为复材 TA2 和基材 Q235B 的力学性能． 表 1 基层 Q235B 和复层 TA2 成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of TA2 and Q235B % 材料 C Mn Si P S N H O Fe Ti Q235B 0． 160 0． 50 0． 15 0． 011 0． 010 — — — Bal． — TA2 0． 009 — — — — 0． 012 0． 002 0． 06 0． 031 Bal． 表 2 TA2 和 Q235B 的力学性能 Table 2 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 热处理设备为电阻炉，最高加热温度为 1 300 ℃． 热处理工艺: 从钢侧组织的角度出发，选择保温温 度，两相区加热 750、800 和 850 ℃ ，完全奥氏体区 加热 900 和 950 ℃ ; 保温时间为 30 min; 冷却方式 为空冷． 试样经机械打磨和抛光后，用 4% 硝酸酒精侵 蚀，利用光学显微镜 ZEISS AX10 进行组织观察． 利 用电子背散射衍射( EBSD) 进行界面组织的微观织 构分析． 试样经机械打磨后，进行电解抛光，电解液 用 70% 无水乙醇、20% 高氯酸和 10% 丙三醇溶液; 电解抛光电压为 15 V． 利用 ZEISS ULTRA 55 热场 发射扫描电镜( SEM) 分析界面元素的扩散特征． 2 实验结果 2. 1 钛钢复合板组织特征 钛钢复合板热处理前及经不同热处理后的组织 形貌如图 1 所示。原始组织的特点如图 1( a) 所示。 钛钢复合板的界面为周期性的波状界面; 波头的漩 涡区为空洞、裂纹、夹杂、偏析和疏松等． 钢侧组织 为纤维状的变形流线; 塑性变形的程度随距界面的 距离而发生改变，离界面近的地方，塑性变形大，离 界面远的地方，塑性变形小． Ⅰ区为细晶区，离钛侧 最近，宽度很窄，可以观察到细小的晶粒． 它产生的 原因可能是强烈塑性变形下因破碎而成的亚晶粒， 也有可能是大量变形热作用下再结晶后的等轴晶 粒［15］． Ⅱ区为塑性变形区，晶粒发生严重塑性变形 后被拉长． Ⅲ区为晶粒未发生塑性变形区． 复合板经 750 ℃ 保温 30 min 热处理后，界面附 近观察到脱碳后形成的铁素体组织如图 1( b) 所示． Ⅰ区脱碳后晶粒直接长大，形状较规则． Ⅱ区晶粒 脱碳后回复再结晶，形状不规则． Ⅲ区晶粒发生二 次再结晶形成粗大的晶粒． 基体组织为铁素体基体 加珠光体． 经 800 ℃ 保温 30 min 后，脱碳层的区域 增大，三个区域的晶粒进一步长大． 特别是Ⅲ区的 晶粒更加粗大． 850 ℃保温 30 min 后，脱碳层的区域 增大不明显，组织特征与 800 ℃ 时基本一致． 900 ℃ 保温 30 min 后的组织特征与 850 ℃及以下温度明显 不一样: Ⅰ区的晶粒变得异常粗大，Ⅱ区的晶粒相对 较细小． 继续升高温度至 950 ℃ 保温 30 min 后，Ⅰ 区的晶粒进一步长大，Ⅱ区的晶粒也发生了长大． Ⅲ区基本没有变化． 2. 2 界面组织的电子背散射衍射分析 通过电子背散射衍射分析界面脱碳层的显微组 织特征和取向特征如图 2 所示。其中显微组织特征 与金相组织结果一致． 各种颜色代表不同晶粒取 向。从上图 2 可以得出热处理后该组织的织构不明 显． 特别是图 2( d) ，离界面最近的组织也没有明显 的织构，这部分的晶粒特征虽然跟凝固过程中生长 的晶粒特征有些类似，但没有统一的沿 ＜ 100 ＞ 方向 生长． 说明这部分晶粒的形核和长大不都沿着界面 进行的，而是界面附近这个小的区域进行的． 2. 3 热处理过程中界面扩散层的扫描电镜观察 在热处理过程中，不同材料的元素发生扩散． 利用背散射电子模式下不同元素的颜色差异来表现 扩散层的厚度． 钢基体为白色，钛复层为黑色，在界 面上钛侧有灰色过渡层，如图3 所示． 在950 ℃保温 ·672·