秦勤等：热压316L/Q345R复合板的结合性能 ·475· 响实验中发现N层的存在提高了碳钢/不锈钢复合 结构中Fe9Cras Nizs、Cr和Fe沿压缩方向(Z轴)的 板的界面厚度，并且Ni层中的Ni原子更容易向碳 原子数分数分布，结果如图6(b)所示，计算出扩散 钢中扩散.本文的模拟结果和该实验结果相符.造 层厚度约为1.04nm.和不含铬层的Fe1 o Cras Ni2s/ 成Ni中原子更容易向Fe中扩散的原因一方面是Ni Fe体系复合的扩散层厚度0.84nm相比，含Cr层的 与Fe9Cr4sNis之间Ni的原子数分数梯度小于Ni Fe19CrasNizs/Fe体系复合的扩散层厚度只增加了约 与Fe之间的原子数分数梯度，另一方面是高温下体 23.8%.但是，再考虑到建模过程中Cr层原子本来 心立方的Fe-Fe键比面心立方的Fe一Fe键更容易 厚度为0.28995nm,扩散层反而有所降低.发生这 发生破坏 个现象的主要原因为Cr的熔点远高于FeCr4sNix 为了探讨C层对界面结合性能的影响效果，采 和Fe,CrCr键的键能更大，不容易受到破坏，从而 用同样的方法构建含Cr层的复合模型，Cr为体心 使C中的原子不容易发生扩散，并且也阻碍了 立方晶体，晶格常数为0.28995nm,模型如图6(a) Fe Cras Nizs和Fe之间的原子的扩散.因此可以推 所示，本文中铬层用Cr表示.在1500K温度下和- 断出增加Cr层对于Fe9 Cras Nis/Fe体系的扩散复 0.003ps的应变率下进行模拟，其余条件保持与 合没有明显的促进作用 1.2节中的条件一致.通过统计出复合结束时复合 固定层0.51nm 100 000-000 -o-Cr oFe Fe 5.22mm FejCrasNiz 温度：1500K 60 应变率：-0.003ps 0.43nm 1.04m 40 5.15nm 0 固定层0.59m 6 8 Z/nm 图6Fe19Cr4sNis/Cr/Fe初始模型(a)和Fen93Cra5Nis/Cr/Fe复合结构各组分沿Z轴的原子数分数分布(b)(上层为Fe,中层为Cr,下层 为Fe19Cr4sNis:●一fe中Fe原子，●一Cr中的Cr原子，●-Fe9 CrasNizs中Fe原子，-Fe9 aCrasNizs中Cr原子，●一fe9 a CrasNiz2中 Ni原子) Fig.6 Fe9 Cras Nias/Cr/Fe original model (a)and atom number fraction of the Fe19 Cras Nias/Cr/Fe composite structure along the Z axis(b)(The upper layer comprises Fe,the middle layer comprises Cr,and the lower layer comprises Fe Cras Nis;-Fe atom in the Fe layer,Cr atom in the Cr layer,-Fe atom in the Fero Cras Nis layer,-Cr atom in the Fera Cras Nis layer,and -Ni atom in the Fe gs Cras Ni2s layer) 3结论 (2)应变率影响FeCr4sNi2s/Fe的结合性能， 应变率的提高会减小扩散层的厚度.为了得到较厚 采用分子动力学模拟研究了不同影响因素对 的扩散层，可以适当降低应变率. 316L/Q345R复合板结合性能的影响，从中发现了 (3)在Fe1Cr4sNis和Fe模型之间添加一个晶 部分改善其结合性能的方法.通过模拟可以获得以 格厚度的Ni层模型后，Fe1 Cras Nizs/Ni/Fe体系中， 下结论： 扩散层厚度比不含Ni复合时增加了134.5%，因 (1)Fe Cras Nizs/Fe热压复合温度越高，越有 此，在FeiCrasNizs与Fe之间添加Ni后进行热压复 利于形成较厚的扩散层.为了得到较厚的扩散层， 合能够大幅度提高扩散层的厚度，而添加C对扩散 可以适当提高温度.本研究中测试的热压复合温度 层厚度的提高并不明显 中效果最好的是1700K.而且，当热压复合温度为 1700K时，扩散层厚度的增加速率远大于1400、 参考文献 1500和1600K的时候.所以在接近熔点的温度进 Chen S H.Effect of Rolling Parameters on Interface Bonding 行热压复合更有利于获得较厚的扩散层. Strength of Stainless Steel/Carbon Steel Cladding [Dissertation].秦 勤等: 热压 316L/Q345Ｒ 复合板的结合性能 响实验中发现 Ni 层的存在提高了碳钢/不锈钢复合 板的界面厚度，并且 Ni 层中的 Ni 原子更容易向碳 钢中扩散． 本文的模拟结果和该实验结果相符． 造 成 Ni 中原子更容易向 Fe 中扩散的原因一方面是 Ni 与 Fe193Cr45 Ni25 之间 Ni 的原子数分数梯度小于 Ni 与 Fe 之间的原子数分数梯度，另一方面是高温下体 心立方的 Fe--Fe 键比面心立方的 Fe--Fe 键更容易 发生破坏． 为了探讨 Cr 层对界面结合性能的影响效果，采 用同样的方法构建含 Cr 层的复合模型，Cr 为体心 立方晶体，晶格常数为 0. 28995 nm，模型如图 6( a) 所示，本文中铬层用 Cr 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、Cr 和 Fe 沿压缩方向( Z 轴) 的 原子数分数分布，结果如图 6( b) 所示，计算出扩散 层厚度约为 1. 04 nm． 和不含铬层的 Fe193 Cr45 Ni25 / Fe 体系复合的扩散层厚度 0. 84 nm 相比，含 Cr 层的 Fe193Cr45Ni25 /Fe 体系复合的扩散层厚度只增加了约 23. 8% ． 但是，再考虑到建模过程中 Cr 层原子本来 厚度为 0. 28995 nm，扩散层反而有所降低． 发生这 个现象的主要原因为 Cr 的熔点远高于 Fe193Cr45Ni25 和 Fe，Cr--Cr 键的键能更大，不容易受到破坏，从而 使 Cr 中的原子不容易发生扩散，并 且 也 阻 碍 了 Fe193Cr45Ni25和 Fe 之间的原子的扩散． 因此可以推 断出增加 Cr 层对于 Fe193Cr45Ni25 /Fe 体系的扩散复 合没有明显的促进作用． 图 6 Fe193Cr45Ni25 /Cr /Fe 初始模型( a) 和 Fe193Cr45Ni25 /Cr /Fe 复合结构各组分沿 Z 轴的原子数分数分布( b) ( 上层为 Fe，中层为 Cr，下层 为 Fe193Cr45Ni25 ; —Fe 中 Fe 原子， —Cr 中的 Cr 原子， — Fe193Cr45Ni25中 Fe 原子， — Fe193Cr45Ni25中 Cr 原子， —Fe193Cr45Ni25中 Ni 原子) Fig． 6 Fe193Cr45Ni25 /Cr /Fe original model ( a) and atom number fraction of the Fe193Cr45Ni25 /Cr /Fe composite structure along the Z axis( b) ( The upper layer comprises Fe，the middle layer comprises Cr，and the lower layer comprises Fe193Cr45Ni25 ; —Fe atom in the Fe layer， —Cr atom in the Cr layer， —Fe atom in the Fe193Cr45Ni25 layer， —Cr atom in the Fe193Cr45Ni25 layer，and —Ni atom in the Fe193Cr45Ni25 layer) 3 结论 采用分子动力学模拟研究了不同影响因素对 316L /Q345Ｒ 复合板结合性能的影响，从中发现了 部分改善其结合性能的方法． 通过模拟可以获得以 下结论: ( 1) Fe193 Cr45 Ni25 /Fe 热压复合温度越高，越有 利于形成较厚的扩散层． 为了得到较厚的扩散层， 可以适当提高温度． 本研究中测试的热压复合温度 中效果最好的是 1700 K． 而且，当热压复合温度为 1700 K 时，扩散层厚度的增加速率远大于 1400、 1500 和 1600 K 的时候． 所以在接近熔点的温度进 行热压复合更有利于获得较厚的扩散层． ( 2) 应变率影响 Fe193 Cr45 Ni25 /Fe 的结合性能， 应变率的提高会减小扩散层的厚度． 为了得到较厚 的扩散层，可以适当降低应变率． ( 3) 在 Fe193Cr45Ni25和 Fe 模型之间添加一个晶 格厚度的 Ni 层模型后，Fe193Cr45Ni25 /Ni /Fe 体系中， 扩散层厚度比不含 Ni 复合时增加了 134. 5% ，因 此，在 Fe193Cr45Ni25与 Fe 之间添加 Ni 后进行热压复 合能够大幅度提高扩散层的厚度，而添加 Cr 对扩散 层厚度的提高并不明显． 参 考 文 献 ［1］ Chen S H． Effect of Ｒolling Parameters on Interface Bonding Strength of Stainless Steel /Carbon Steel Cladding ［Dissertation］． · 574 ·