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第3期 董成文等：TA1/Q235钢复合板累积叠轧焊界面特性 .251. 获得高达3.65（真应变）的累积变形量，其最高结合 不应超过2m,本实验中综合比较三组试样的结合 强度达到了128MPa,远高于普通热轧法多道次轧 强度发现：当叠轧道次较少时，如图3和图4所示 后所得到的最高结合强度，这表明用累积叠轧焊的 (第3组试样叠轧1~3次)，最佳轧制温度在 方法能够获得较为理想的、传统热轧方法很难实现 850℃，结合强度最高值达到了120.2MPa·但是当 的累积变形量和结合强度， 叠轧道次较多时，低温大变形加工将更为有利，如 140 图2所示，当叠轧达到4道次时，最佳热轧温度在 -■一750℃ 120 -●-800℃ 800℃，结合强度达到了128MPa. w -4-850℃ -7-950℃ 120F 一■一第2组 80 100F 一●一第3组 60 80 60 警 404 295 1.01.52.02.53.03.54.0 真应变 20 图2第2组试样累积叠轧后累积变形量与结合强度的关系曲线 700750800850 900 950 轧制温度℃ Fig.2 Chang in shear strength with accumulative true strain after accumulative roll-bonding 图4变形量均为1.83时第2,3组试样结合强度的比较 Fig.4 Comparison of shear strength between the second and third 2.1.2轧制温度对结合强度的影响 group samples when the true strains are all 1.83 综合图14的实验结果还可以看出温度对结 合强度的影响.结合强度最高值在图1（第1组试 2.1.3表面处理方法和叠加方式对结合强度的影响 样)中出现在800℃，累积变形量2.08.图2（第2组 如图3和图4所示，两组试样采用不同的表面 试样)中，结合强度的最高值也出现在800℃，累积 处理方法和累积叠轧方式，在变形量相同的条件下， 变形量为3.65.图3和图4中，第3组试样结合强 第3组试样采用磨床打磨与喷丸加工进行表面清理 度的最高值出现在850℃.累积叠轧的最终结果显 并采用对称的累积叠加方式，其剪切强度明显高于 示结合强度并非一直随着温度升高而增加，这是因 第2组试样，主要有两个方面原因：第一，钛与碳钢 为钛在高温下具有较高的化学活性，在双金属界面 结合过程中裂口作用机制的存在，该机制认为金属 上生成一定厚度的金属间化合物和脆性相，对结合 表面在进行表面清理过程中会形成一层加工硬化 强度产生了不利影响；并且高温下叠轧道次越多，反 层，它的塑性低于基体金属，“在强烈的金属塑性变 应层越厚，破坏作用越强，相关研究也证明了金属 形过程中，塑性差的硬化层会优先破裂露出底层新 间化合物在复合板制备过程中的强烈破坏作用，当 鲜的基体金属，界面两侧的新鲜金属在巨大的正压 反应层达到一定厚度时，结合强度会随反应层的增 力作用下通过硬化层的裂缝挤出并且相互接触形成 厚而明显下降[门，对于钛碳钢复合板，反应层厚度 牢固的冶金结合[⑧].第3组试样经磨床打磨与喷 80-■-第2组 丸处理在双金属结合界面形成加工硬化层，促进钛 一●一第3组 与碳钢的结合，相关研究也表明，未经喷砂处理的 70 钛表面为均匀致密的氧化层，经喷砂处理后，其表面 60 的氧化层破碎剥落，呈凹凸不平粗糙的麻面).喷 50 丸清理效率高，清理质量好，清理成本低，可以在获 40 得相当高的表面清洁度的同时获得一定程度的粗糙 度[10山，加大双金属结合面的面积，因此这样的表 700750800850900950 面处理方法对钛与碳钢的复合是非常有利的，第 轧制温度℃ 二，由于钛和钢延伸率的不同，导致金属流动性的差 图3变形量均为0.92时第2,3组试样结合强度的比较 异，单面叠加Q235钢板会加剧这种延伸的差异性， Fig.3 Comparison of shear strength between the second and third 在结合界面产生剪切应力，对钛与Q235钢板的结 group samples when the true strains are all 0.92 合产生破坏性的影响；并且当变形量大到一定程度获得高达3∙65（真应变）的累积变形量其最高结合 强度达到了128MPa远高于普通热轧法多道次轧 后所得到的最高结合强度．这表明用累积叠轧焊的 方法能够获得较为理想的、传统热轧方法很难实现 的累积变形量和结合强度． 图2 第2组试样累积叠轧后累积变形量与结合强度的关系曲线 Fig．2 Chang in shear strength with accumulative true strain after accumulative rol-l bonding 2∙1∙2 轧制温度对结合强度的影响 图3 变形量均为0∙92时第2、3组试样结合强度的比较 Fig．3 Comparison of shear strength between the second and third group samples when the true strains are all0∙92 综合图1～4的实验结果还可以看出温度对结 合强度的影响．结合强度最高值在图1（第1组试 样）中出现在800℃累积变形量2∙08．图2（第2组 试样）中结合强度的最高值也出现在800℃累积 变形量为3∙65．图3和图4中第3组试样结合强 度的最高值出现在850℃．累积叠轧的最终结果显 示结合强度并非一直随着温度升高而增加．这是因 为钛在高温下具有较高的化学活性在双金属界面 上生成一定厚度的金属间化合物和脆性相对结合 强度产生了不利影响；并且高温下叠轧道次越多反 应层越厚破坏作用越强．相关研究也证明了金属 间化合物在复合板制备过程中的强烈破坏作用当 反应层达到一定厚度时结合强度会随反应层的增 厚而明显下降［7］．对于钛碳钢复合板反应层厚度 不应超过2μm．本实验中综合比较三组试样的结合 强度发现：当叠轧道次较少时如图3和图4所示 （第 3 组试样叠轧 1～3 次）最佳轧制温度在 850℃结合强度最高值达到了120∙2MPa．但是当 叠轧道次较多时低温大变形加工将更为有利．如 图2所示当叠轧达到4道次时最佳热轧温度在 800℃结合强度达到了128MPa． 图4 变形量均为1∙83时第2、3组试样结合强度的比较 Fig．4 Comparison of shear strength between the second and third group samples when the true strains are all1∙83 2∙1∙3 表面处理方法和叠加方式对结合强度的影响 如图3和图4所示两组试样采用不同的表面 处理方法和累积叠轧方式在变形量相同的条件下 第3组试样采用磨床打磨与喷丸加工进行表面清理 并采用对称的累积叠加方式其剪切强度明显高于 第2组试样．主要有两个方面原因：第一钛与碳钢 结合过程中裂口作用机制的存在．该机制认为金属 表面在进行表面清理过程中会形成一层加工硬化 层它的塑性低于基体金属“在强烈的金属塑性变 形过程中塑性差的硬化层会优先破裂露出底层新 鲜的基体金属界面两侧的新鲜金属在巨大的正压 力作用下通过硬化层的裂缝挤出并且相互接触形成 牢固的冶金结合” ［8］．第3组试样经磨床打磨与喷 丸处理在双金属结合界面形成加工硬化层促进钛 与碳钢的结合．相关研究也表明未经喷砂处理的 钛表面为均匀致密的氧化层经喷砂处理后其表面 的氧化层破碎剥落呈凹凸不平粗糙的麻面［9］．喷 丸清理效率高清理质量好清理成本低可以在获 得相当高的表面清洁度的同时获得一定程度的粗糙 度［10—11］加大双金属结合面的面积因此这样的表 面处理方法对钛与碳钢的复合是非常有利的．第 二由于钛和钢延伸率的不同导致金属流动性的差 异单面叠加 Q235钢板会加剧这种延伸的差异性 在结合界面产生剪切应力对钛与 Q235钢板的结 合产生破坏性的影响；并且当变形量大到一定程度 第3期 董成文等： TA1／Q235钢复合板累积叠轧焊界面特性 ·251·