通過焊接與軋制制備的不銹鋼/碳鋼復合板的組織與性能
時間：2019-06-13
作者：無錫不銹鋼板
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金屬復合板是一種具有優異特性的金屬材料，它的研究與開發一直是材料加工領域的重要課題之一，它具有耐高溫、比模量大、比強度高、熱膨脹系數小、良好的疲勞性能和斷裂韌性等優點，自20世紀60年代產生以來，其研究開發已取得了巨大進展，并已應用到航天、航空、汽車、自行車等工業部門?，F有工藝方法有很多種，直接軋制復合法、爆炸制坯-軋制復合法、鑄軋復合法、電磁連鑄法等，這些方法本身的一些缺陷導致其在復合板的實際生產中受到了一定的限制。針對各種方法的不足，在實際生產中做到工藝簡單，操作方便，高效低耗可連續化生產將成為未來長期的研究方向。
焊接技術及工藝是復合材料實用化必須解決的關鍵問題之一，因此研究復合材料的焊接問題具有非常重要的意義。通過對無錫不銹鋼/碳鋼復合板的釬焊-軋制后的界面組織、力學性能和顯微硬度的測試，深入了解金屬基復合板的界面反應和界面對性能的影響規律，為金屬復合板加工工藝的進一步應用提供理論基礎。
復合板的基板為低碳鋼Q235A，復板為奧氏體無錫不銹鋼304，碳鋼板的規格為300mm×150mm×10mm，無錫不銹鋼板的規格為300mm×150mm×10mm。焊前對兩種母材進行清理，用丙酮清洗后烘干，然后進行組坯焊接。釬焊在RJ井式電阻加熱爐中進行，釬縫間隙為0.5mm，溫度900℃，保溫20min后取出。釬焊過程中在坯料表面上施加作用力，壓強約為20～50MPa，加熱爐無保護氣氛。
用450四輥熱軋機組對釬焊復合板進行熱軋，加熱溫度為850℃，軋制壓下率為64%，軋制力為188.8kN，軋制了4道次。打磨拋光試樣，用混合酸水溶液（50ml鹽酸、5ml硝酸、50ml水），采用GX51倒置式系統金相顯微鏡、SSX-550電子掃描儀觀察釬焊及熱軋后的界面結合情況。
在萬能試驗機上進行復合板的力學性能測試，包括拉伸、剪切、彎曲試驗，在JBW-500屏顯示沖擊試驗，在430/450SVDTM魏氏硬度計測試復合板的硬度。試驗結果表明：
（1）釬焊復合板界面處無錫不銹鋼側組織為晶粒細小的奧氏體，部分晶粒呈孿晶，熱軋后，有白色條紋狀α相鐵素體；碳鋼側組織為鐵素體和均勻分布的片狀珠光體，釬縫組織均有富銅相、富銀相和黑色富銅相與相間的白色富銀針狀相組成的共晶組織構成。
（2）無錫不銹鋼、碳鋼板與釬料接觸的表面發生擴散作用，擴散層的厚度約為10μm。
（3）復合板的抗拉強度較基材碳鋼板高，退火后，其抗拉強度、抗彎強度和硬度降低，而沖擊吸收能量、剪切強度提高；復合板的力學性能符合使用要求。