秦勤等：热压316L/Q345R复合板的结合性能 ·473· (a I00 100 -。-Fe -oFe 80 。FeoCraNizs 。-FeCraNis 温度：1400K 温度：1500K 60 应变率：-0.003s 60 应变率：-0.003p 0.84nm 40 40 6 10 Z/nm Z/nm 100 100 -o-Fe 0一下e 。-FeCraNizs 。-FeCrasNis 温度：1600K 温度：1700K 应变率：0.003ps1 应变率：-0.003p% 1.95m 1.5nm 40 五 8 Z/nm Z/nm 图3不同温度扩散层厚度.(a)1400K:(b)1500K:(c)1600K:(d)1700K Fig.3 Diffusion layer thickness at different temperatures:(a)1400 K:(b)1500 K:(e)1600 K:(d)1700K 了模拟，总压缩应变不变，因此，总运行时间分别为2.3金属层对结合性能的影响 320、220、120和70ps(其中的前20ps为1500K下 在制备不锈钢/碳钢复合板时，在复合板中间添 的弛豫时间)，其他模拟条件保持与1.2节中的条 加具有一定塑性、强度和亲润性的中间夹层，可以提 件一致. 高复合板的结合性能阅.而Ni和Cr是316L不锈 通过分析不同应变率下Z方向的Fe与Fe 钢中的重要元素，将其作为Fe/Fe19 Cras Ni2s的中间 Cr4sNis原子数分数，获得了不同应变率下的扩散层 夹层进行热压复合可能会对其界面结合性能产生 厚度（图4）.图4中(a)~(d)的应变率分别为 影响 -0.001、-0.0015、-0.003和-0.006ps-,对应 本工作在探究Ni层对界面结合性能的影响效 的扩散层厚度分别为1.02、0.91、0.84和0.53nm. 果时，在Fe19Cr4sNis和Fe模型之间添加一个晶格 从图4可以看出：提高应变率将减小Fe/Fe19Cras 厚度的Ni层模型，Ni为面心立方晶体，晶格常数为 Ns体系的扩散层厚度.在达到相同的压缩应变时， 0.3524nm,模型如图5(a)所示，本文中Ni层用Ni 随着应变率增大，压缩时间缩短，即原子的扩散时间 表示.在1500K温度下和-0.003ps-1的应变率下 也变短，从而导致应变率越高，扩散层厚度越低.因 进行模拟，其余条件保持与1.2节中的条件一致. 此，要获得较高的界面结合性能，需得选取合适的压 通过统计出复合结束时复合结构中Fe19Cr4sNis、Ni 缩应变率 和Fe沿压缩方向(Z轴)的原子数分数分布，结果 当应变率分别为-0.001、-0.0015和-0.003 如图5(b)所示.通过仿真得到含Ni层复合的扩散 ps1时，压缩复合得到的扩散层厚度为0.84~1.02 层厚度约为1.97nm.而在相同复合条件下，不含Ni nm,差别不大.而当应变率为-0.006ps1时，扩散 层的Fe/Fe1gCr4sNi2x体系复合的扩散层厚度为0.84 层厚度仅为0.53nm,相比应变率为-0.001ps-1时 nm,远远小于含Ni层的Fe19Cr4sNi2sINi/Fe体系复 降低了48%.因此在同时考虑复合效果与模拟时长 合的扩散结果.含N层复合时，扩散层厚度比不含 的情况下，本文认为-0.003ps-1的应变率进行压缩 Ni复合时增加了134.5%.由此可知：Ni原子层对 复合的效率更佳 Fe与Fes Cras Nias的扩散复合具有非常大的促进作秦 勤等: 热压 316L/Q345Ｒ 复合板的结合性能 图 3 不同温度扩散层厚度． ( a) 1400 K; ( b) 1500 K; ( c) 1600 K; ( d) 1700 K Fig． 3 Diffusion layer thickness at different temperatures: ( a) 1400 K; ( b) 1500 K; ( c) 1600 K; ( d) 1700 K 了模拟，总压缩应变不变，因此，总运行时间分别为 320、220、120 和 70 ps( 其中的前 20 ps 为 1500 K 下 的弛豫时间) ，其他模拟条件保持与 1. 2 节中的条 件一致． 通过分析不同应变率下 Z 方向的 Fe 与 Fe193 Cr45Ni25原子数分数，获得了不同应变率下的扩散层 厚度( 图 4) ． 图 4 中( a) ～ ( d) 的应变率分别为 － 0. 001、－ 0. 0015、－ 0. 003 和 － 0. 006 ps － 1，对应 的扩散层厚度分别为 1. 02、0. 91、0. 84 和 0. 53 nm． 从图 4 可以看出: 提高应变率将减小 Fe /Fe193 Cr45 Ni25体系的扩散层厚度． 在达到相同的压缩应变时， 随着应变率增大，压缩时间缩短，即原子的扩散时间 也变短，从而导致应变率越高，扩散层厚度越低． 因 此，要获得较高的界面结合性能，需得选取合适的压 缩应变率． 当应变率分别为 － 0. 001、－ 0. 0015 和 － 0. 003 ps － 1时，压缩复合得到的扩散层厚度为 0. 84 ～ 1. 02 nm，差别不大． 而当应变率为 － 0. 006 ps － 1时，扩散 层厚度仅为 0. 53 nm，相比应变率为 － 0. 001 ps － 1时 降低了 48% ． 因此在同时考虑复合效果与模拟时长 的情况下，本文认为 － 0. 003 ps － 1的应变率进行压缩 复合的效率更佳． 2. 3 金属层对结合性能的影响 在制备不锈钢/碳钢复合板时，在复合板中间添 加具有一定塑性、强度和亲润性的中间夹层，可以提 高复合板的结合性能［38］． 而 Ni 和 Cr 是 316L 不锈 钢中的重要元素，将其作为 Fe /Fe193 Cr45Ni25的中间 夹层进行热压复合可能会对其界面结合性能产生 影响． 本工作在探究 Ni 层对界面结合性能的影响效 果时，在 Fe193Cr45Ni25和 Fe 模型之间添加一个晶格 厚度的 Ni 层模型，Ni 为面心立方晶体，晶格常数为 0. 3524 nm，模型如图 5( a) 所示，本文中 Ni 层用 Ni 表示． 在 1500 K 温度下和 － 0. 003 ps － 1的应变率下 进行模拟，其余条件保持与 1. 2 节中的条件一致． 通过统计出复合结束时复合结构中 Fe193Cr45Ni25、Ni 和 Fe 沿压缩方向( Z 轴) 的原子数分数分布，结果 如图 5( b) 所示． 通过仿真得到含 Ni 层复合的扩散 层厚度约为 1. 97 nm． 而在相同复合条件下，不含 Ni 层的 Fe /Fe193Cr45Ni25体系复合的扩散层厚度为 0. 84 nm，远远小于含 Ni 层的 Fe193Cr45Ni25 /Ni /Fe 体系复 合的扩散结果． 含 Ni 层复合时，扩散层厚度比不含 Ni 复合时增加了 134. 5% ． 由此可知: Ni 原子层对 Fe 与 Fe193Cr45Ni25的扩散复合具有非常大的促进作 · 374 ·