.986 北京科技大学学报 第29卷 要的性能，界面结合强度的大小将决定复合板材的 道次压下量是提高剪切强度的决定因素，研究表 主要性能，复合钢板结合性能的评价方法通常采用 明，只要材料在叠合以前表面处理合理，一次压 剪切实验、剥离实验以及弯曲实验，剪切实验试样 下达到临界变形量以上，界面的剪切强度可以接近 加工容易，操作简单，是目前应用最普遍的一种方 Q235钢基体的强度.而在首道次压下量为55%~ 法，本文采用剪切实验方法检测了25Cr5MoA/ 65%时，剪切强度变化最大，说明这个区间是一个剪 Q2355钢界面的结合强度.实验结果如图2和图3 切强度提高的敏感区间，这也说明双金属的复合程 所示， 度并不取决于材料本身的性能，而是决定于复合金 160 -50% 属的表面状态，只要去掉复合双金属表面的油膜及 140- -55% 氧化膜，在协调一致的塑性变形中，使被焊合金属接 -4-609% 65% 近到原子间力的作用范围内，就能形成双金属的良 70% 好结合，有实验表明，金属表面薄膜的破裂及去除， 导致新鲜金属表面直接接触可以降低对能量水平的 要求[].说明复合金属表面状态也是一个影响界面 结合的重要因素 9o 850 950 1050 1150 160 轧制温度/℃ -800℃ -900℃ 120 图225Cr5M0A/Q2355钢热轧复合板结合界面的剪切强度与轧 -4-1000℃ -1100℃ 制温度的关系 80 Fig.2 Relations between the shear strength of 25Cr5 MoA/Q235 clad plate specimens at the interface and rolling temperature 40 图2为轧制温度对25Cr5MoA/Q2355钢热轧 复合板结合界面剪切强度的影响.可以看出：在本 55 6065 70 75 压下量% 实验温度范围内，在50%压下量下，复合板的界面 剪切强度随着温度的升高而增大.在55%，60%， 图325Cr5MA/Q2355钢热轧复合板结合界面的剪切强度与压 65%和70%压下量下，复合板界面剪切强度随着试 下率的关系 验温度的升高而先增加后减小，当轧制温度在900~ Fig.3 Relations between the shear strength of 25Cr5MoA/Q235 clad plate specimens at the interface and reduction 1000℃时剪切强度达到最大值.当轧制温度为 800℃时，剪切强度随着压下量的增加而增加，但剪 2.225Cr5MoA/Q235钢复合板结合界面的微观组 切强度值都很小，说明在800℃轧制时，不利于 织分析 25Cr5MoA与Q2355钢的复合.当轧制温度为 图4为25Cr5MoA/Q235钢热轧复合板结合界 900℃时，不同压下量的剪切强度值较高；当压下量 面的扫描电镜照片，由图可以看出，界面的清洁度 为70%时，25Cr5MoA/Q2355钢复合板界面的剪切 对结合强度有很大影响.图4(b)中的界面由于存在 强度达到最大值，为133.7MPa;但压下量为50%和 杂质，导致结合界面结合不够紧密，同时也影响了合 55%时，剪切强度值依然相对很低，仅为15MPa左 金元素在界面的扩散，这些缺陷都会导致剪切强度 右.当轧制温度为1000℃时，压下量为55%和 值变小，也是图3中轧制温度1000℃时剪切强度起 60%时，试样界面剪切强度较高，最大值为117 伏的原因之一，复相合金中的各个相，在热加工时 MPa.当轧制温度为1100℃时，压下量除50%以 沿着变形方向交替地呈带状分布，这种组织称为带 外，下界面的剪切强度均较低，其原因在于，当轧制 状组织，在经过压延的金属材料中经常出现这种组 温度较高时，由于晶粒粗大，不仅使基体力学性能降 织，当钢中存在较多的夹杂物时，若夹杂物被变形 低，同时由于两种材料的晶粒尺寸不同，在结合界面 拉成带状，在冷却过程中先共析的铁素体通常依附 处产生内应力，从而使25Cr5MoA/Q2355钢热轧复 于它们之上而析出，也会形成带状组织.带状组织 合板界面的结合强度下降。 使金属材料的力学性能产生方向性，特别是横向的 图3为剪切强度与首道次压下量关系曲线，由 塑性和韧性明显降低，使材料的切削性能恶化门. 图3中可以看出：随着轧制首道次压下量的不断增 这些物质的存在一定程度上降低了25Cr5MoA/ 加，复合板的剪切强度总体呈逐渐增加趋势，说明首 Q235钢的复合效果，所以在实际轧制中要充分做要的性能‚界面结合强度的大小将决定复合板材的 主要性能．复合钢板结合性能的评价方法通常采用 剪切实验、剥离实验以及弯曲实验．剪切实验试样 加工容易‚操作简单‚是目前应用最普遍的一种方 法．本文采用剪切实验方法检测了 25Cr5MoA／ Q2355钢界面的结合强度．实验结果如图2和图3 所示． 图2 25Cr5MoA／Q2355钢热轧复合板结合界面的剪切强度与轧 制温度的关系 Fig．2 Relations between the shear strength of 25Cr5MoA／Q235 clad plate specimens at the interface and rolling temperature 图2为轧制温度对25Cr5MoA／Q2355钢热轧 复合板结合界面剪切强度的影响．可以看出：在本 实验温度范围内‚在50％压下量下‚复合板的界面 剪切强度随着温度的升高而增大．在55％‚60％‚ 65％和70％压下量下‚复合板界面剪切强度随着试 验温度的升高而先增加后减小‚当轧制温度在900～ 1000℃时剪切强度达到最大值．当轧制温度为 800℃时‚剪切强度随着压下量的增加而增加‚但剪 切强度值都很小‚说明在800℃轧制时‚不利于 25Cr5MoA 与 Q2355 钢 的 复 合．当 轧 制 温 度 为 900℃时‚不同压下量的剪切强度值较高；当压下量 为70％时‚25Cr5MoA／Q2355钢复合板界面的剪切 强度达到最大值‚为133∙7MPa；但压下量为50％和 55％时‚剪切强度值依然相对很低‚仅为15MPa 左 右．当轧制温度为1000℃时‚压下量为55％和 60％时‚试样界面剪切强度较高‚最大值为 117 MPa．当轧制温度为1100℃时‚压下量除50％以 外‚下界面的剪切强度均较低．其原因在于‚当轧制 温度较高时‚由于晶粒粗大‚不仅使基体力学性能降 低‚同时由于两种材料的晶粒尺寸不同‚在结合界面 处产生内应力‚从而使25Cr5MoA／Q2355钢热轧复 合板界面的结合强度下降． 图3为剪切强度与首道次压下量关系曲线．由 图3中可以看出：随着轧制首道次压下量的不断增 加‚复合板的剪切强度总体呈逐渐增加趋势‚说明首 道次压下量是提高剪切强度的决定因素．研究表 明［5］‚只要材料在叠合以前表面处理合理‚一次压 下达到临界变形量以上‚界面的剪切强度可以接近 Q235钢基体的强度．而在首道次压下量为55％～ 65％时‚剪切强度变化最大‚说明这个区间是一个剪 切强度提高的敏感区间．这也说明双金属的复合程 度并不取决于材料本身的性能‚而是决定于复合金 属的表面状态．只要去掉复合双金属表面的油膜及 氧化膜‚在协调一致的塑性变形中‚使被焊合金属接 近到原子间力的作用范围内‚就能形成双金属的良 好结合．有实验表明‚金属表面薄膜的破裂及去除‚ 导致新鲜金属表面直接接触可以降低对能量水平的 要求［6］．说明复合金属表面状态也是一个影响界面 结合的重要因素． 图3 25Cr5MoA／Q2355钢热轧复合板结合界面的剪切强度与压 下率的关系 Fig．3 Relations between the shear strength of 25Cr5MoA／Q235 clad plate specimens at the interface and reduction 2∙2 25Cr5MoA／Q235钢复合板结合界面的微观组 织分析 图4为25Cr5MoA／Q235钢热轧复合板结合界 面的扫描电镜照片．由图可以看出‚界面的清洁度 对结合强度有很大影响．图4（b）中的界面由于存在 杂质‚导致结合界面结合不够紧密‚同时也影响了合 金元素在界面的扩散．这些缺陷都会导致剪切强度 值变小‚也是图3中轧制温度1000℃时剪切强度起 伏的原因之一．复相合金中的各个相‚在热加工时 沿着变形方向交替地呈带状分布‚这种组织称为带 状组织‚在经过压延的金属材料中经常出现这种组 织．当钢中存在较多的夹杂物时‚若夹杂物被变形 拉成带状‚在冷却过程中先共析的铁素体通常依附 于它们之上而析出‚也会形成带状组织．带状组织 使金属材料的力学性能产生方向性‚特别是横向的 塑性和韧性明显降低‚使材料的切削性能恶化［7］． 这些物质的存在一定程度上降低了25Cr5MoA／ Q235钢的复合效果．所以在实际轧制中要充分做 ·986· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷