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Mater. Sci. Eng. A：銅-鋼復(fù)合板爆炸焊顯微組織及力學(xué)性能研究

2018-06-26 11:23:21 作者：楊樹來源：材料人分享至：

【引言】

銅具有良好的熱導(dǎo)率、塑性和耐腐蝕性能，所以銅在冶金、化學(xué)和石油行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。然而純銅的變形能力差，線膨脹系數(shù)大，使得其應(yīng)用得到了極大的限制。銅-鋼復(fù)合板具有高的熱導(dǎo)率和優(yōu)異的力學(xué)性能，使得其具有廣闊的應(yīng)用前景。人們對(duì)銅和鋼的焊接方法進(jìn)行了很多嘗試，包括攪拌摩擦焊、激光焊以及爆炸焊等，雖然接頭金屬發(fā)生了熔化，但銅在鐵中的溶解度很小，并且低溫下不存在Fe-Cu相。而爆炸焊是一種固相連接技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)銅和鋼的連接。

【成果簡(jiǎn)介】

近日，北京科技大學(xué)的焦克新（通訊作者）在Materials Science and Engineering: A上發(fā)表了最新的研究成果“Microstructure and mechanical properties investigations of copper-steel composite fabricated by explosive welding”。在該文中，研究人員研究了銅-鋼板材爆炸焊的顯微組織和力學(xué)性能。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1 爆炸焊原理圖

圖2 拉伸試樣的尺寸

圖3 銅-鋼界面橫截面顯微組織圖

（a）典型波形界面的背散射電子成像

（b）渦旋區(qū)域局部放大圖

（c）渦旋區(qū)及固固連接區(qū)

（d）渦旋區(qū)放大圖

（e）截線1的EDS圖

（f）固固連接區(qū)的放大圖

（g）截線2的EDS圖

圖4 銅基體的EBSD結(jié)果

（a）銅基體的二次電子顯微圖

（b）銅基體的EBSD反極圖

（c）晶體取向-顏色關(guān)系圖

（d）再結(jié)晶分布圖

（e）銅晶粒尺寸分布圖

圖5 鐵基體的EBSD結(jié)果

（a）鐵基體的二次電子顯微圖

（b）鐵基體的EBSD反極圖

（c）晶體取向-顏色關(guān)系圖

（d）再結(jié)晶分布圖

（e）晶粒尺寸分布圖

圖6 過渡層EBSD圖

（a）二次電子顯微圖

（b）EBSD反極圖

（c）再結(jié)晶分布圖

（d）銅和鐵的相圖

（e）過渡層顯微組織的TEM圖

（f）過渡層銅和鐵的晶粒尺寸分布圖

圖7 顯微硬度圖

圖8 過渡層納米壓痕實(shí)驗(yàn)

（a）納米壓痕區(qū)的背散射電子圖

（b）壓痕A-C的P-h曲線

（c）計(jì)算得到的納米硬度

圖9 拉伸實(shí)驗(yàn)過程中的LSCM圖

圖10 拉伸實(shí)驗(yàn)得到的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖11 拉伸斷口形貌

【小結(jié)】

主要結(jié)論如下：

（1）銅/鋼界面呈周期性的波浪結(jié)構(gòu)，包括渦流區(qū)和固固連接區(qū)。銅/鋼之間過渡層的厚度在渦流區(qū)和固固連接區(qū)是變化的，使得界面的顯微組織不一致。

（2）銅基體、鐵基體和過渡層的EBSD結(jié)果表明：在銅基體中有典型的退火孿晶結(jié)構(gòu)。銅晶粒的尺寸取決于爆炸焊工藝和熱處理以后的再結(jié)晶過程。在鐵基體的結(jié)合面附近有很多結(jié)晶顆粒，絕熱剪切帶為更為細(xì)小的等軸晶。由于應(yīng)力波的傳播，使得晶粒發(fā)生變形，最終不同區(qū)域的晶粒取向各不相同，表明晶粒存在擇優(yōu)取向分布。過渡區(qū)的晶粒尺寸只有60nm左右，遠(yuǎn)小于鐵基體中的晶粒尺寸。超細(xì)的等軸晶對(duì)獲得優(yōu)異的焊接接頭至關(guān)重要。

（3）顯微壓痕及納米壓痕分析結(jié)果表明界面的硬度（330.9MPa）、變形區(qū)（Cu為100HV，F(xiàn)e為286.8HV）要比基體的高。由于過渡區(qū)納米晶的存在使得硬度更高。拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明裂紋并不是沿著界面結(jié)構(gòu)擴(kuò)展，而是在銅基體中，這說明接頭質(zhì)量較好。

文獻(xiàn)鏈接：Microstructure and mechanical properties investigations of copper-steel composite fabricated by explosive welding（Materials Science and Engineering: A，2018，doi.org/10.1016/j.msea.2018.06.051）。

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責(zé)任編輯：韓鑫

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