爆炸焊接铜／钢复合板结合界面的组织结构分析

第21卷第4期2000年12月同文章编号：1000-5080(2000)04-0027-04√ 在爆炸冲击力驱动下，两块金属板高速碰撞后的连接谓之爆炸焊接。爆炸焊接能将两种难以或不层和基层的厚度及厚度比可任意调节等一系列优点，因而目前已成为国内外生产复合板的主要工艺方法。爆炸焊接时其结合面瞬时吸收了爆炸碰撞产生的强烈塑变功而使其组织结构特别复杂，并对复合板的性能有直接影响2,但此结合区很薄，难以在光学显微镜下分辨其细节，所以本文采用扫描电镜和透射电镜对结合界面组织结构进行了深人的分析，这对认识爆炸焊接过程与机理、指导爆炸焊接工艺的制定，以及降低产品的废品率、提高产品的质量和寿命均有重要参考价值。爆炸焊接复合板的覆板为T₂铜板，厚3mm,各元素质量分数：Ws<0.005%,W<0.005%,WB<0.50%,Wm=0.25%,Wc=0.25%,Wca=0.25,W₅<0.035%,Wp<0.035%。爆炸焊接工艺采用平行法，板间距为6mm,选用2*岩石硝铵炸药，药厚为25mm。采用钼丝切割垂直于爆炸方向切取适当大小的试块作为扫描电镜试样；采用钼丝切割、水砂纸减薄、离子轰击制备透射电镜金属薄膜样品。用Olimpus光学显微镜镜进行组织观察，用选区电子衍射进行相结构分析，用DX-4能谱分析仪确定结合界面各区域的化学成分，用71型显微硬度计测定结合区的硬度分布。2.1结合区硬度分布试验结果T₂/20*爆炸焊接复合板结合区硬度分布见图1。由图I可知，结合区的硬度均比覆板和基板要高，特别是结合界面处硬度最高。这说明结合区的成分和组织与覆板和基板相比爆炸焊接后发生了变化。2.2扫描电镜组织观察结果试样经抛光后肉眼即可看到结合界面呈锯齿状。经浸蚀后在扫描电镜下清楚地显示出波状结构(见图2a),波高0.3mm,波长1.0mm。对单个波峰a高倍放大可进一步看到，在波形的两侧存在波前(右)和波后(左)两个漩涡区，即前涡(图2b)和后涡(图2c)。前涡内有大小不一的气孔和疏松.后涡内 长，且随着波形弯曲。此流变现象越靠近结合界面越严重。对图2中A区(前涡)、B区长，且随着波形弯曲。此流变现象越靠近结合界面越严重。对图2中A区(前涡)、B区(界面上)和C区(后涡)进行的成分分析结果见表I。区域区域ABC图1结合区硬度分布试验结果(c)后涡200×(dì碎金属块240×图3钢侧TEM像 (a)拉长晶粒和高密度位错20000×(b)孪晶组织3000×(e)孪晶组织衍射谱(a)微晶TEM像65000×(b)微晶电子衍射谱2.3透射电镜组织观察结果透射电镜下，界面钢侧为条状变形组织，条内有高密度位错(图3a),选区电子衍射表明条状组织为α-Fe(图3b)。界面铜侧晶粒被拉长，晶内有高密度位错(图4a),并可见孪晶组织(图4b)。此外，在铜侧观察到微晶层(图5),其结构待定。3分析讨论织、高密度位错和孪晶(图3和图4)以及加工硬化现象；在性能方面表现为越靠近变形严重的界面处其硬度越高(图1)。也有文献报道4,界面处硬度最高是由于扩散析出硬而脆的化合物所导致。从本试验组织观察结果表明，爆炸焊接结合界面的构成以直接结合区为主.同时存在熔化层及漩涡和扩散层。结合界面的波脊上，没有新相析出和成分变化、只有晶粒产生纤维状变形的区域是直接结合的特征(图2d右上侧)。由爆炸产物能量和巨大的碰撞能量转化成的热能积聚在结合界面上，在近似绝热的条件下，必然引起界面两侧一薄层金属温度急剧升高而使其中一部分熔化。漩涡区内的气孔、缩松等铸态金属中常有缺陷(图2b)即是熔化特征之一。爆炸复合时的冷却速度极快，大约在10～10K/s之间(S,特别是在与金属板交界的周边处熔化金属冷速更快，从而形成微晶层(见图5)。此外，结合界面维普资讯htp:/www.cqvipcom4结论(1)本试验爆炸焊接复合板结合界面为波状结构、其结合界面由直接结合区、熔化层及漩涡构成；结合界面存在原子扩散现象。(2)爆炸焊接复合板结合区的覆板和基板产生了严重的塑性变形和加工硬化。参考文献：[1]郑远谋.爆炸焊接与金属复合材料[J].新技术新工艺，1991,(2):16.[3]郑远谋.不锈钢一碳钢爆炸复合板和爆炸焊接机理探讨[J].广东有色金属学报，1993,3(2):133.[4]李炎，祝要民，肖宏滨等.PV/Ti爆炸焊接及爆后轧制双金属断面形态与界面结构分析[J].洛阳工学[5][英]布拉齐恩斯基著.爆炸焊接、成形与压制[M].李富等译.北京：机械工业出版社，1988:34.XIAOHong-Bin,LIQian,ZHUYao-Min,L(Dep.ofMater.Eng.,LuoyangInst.ofTechnol.,Luoyang471039.China)Abstract;Inordertourtherstudythecompoundmechanisnofexplosiveweldingandbetproduction,thebondinginterfacemicrostructureandcrystalstructureofcopper(T₂)/steel(20°)compoundplatebyexplosiveweldinghavebeenanalyzedbyusingtransmissienergyspectrumanalyzeretc..Theresultsshowthat,thestructureofbondinginterfaceiswave-interfaceisormedofthedirectcombinationzon