钢铝双金属通过固相复合而成的钢铝复合材料,是一种较为典型的能够综合两种组元金属优良性能的金属复合材料。利用累积叠轧法使钢铝板带层状复合,不仅能通过反复施加的强大轧制力驱动钢铝之间的冶金结合与固相扩散,还能通过不断积累的剧烈塑性变形细化钢铝复合界面的空间结构,是一种通过固相复合的办法制备低密度极薄钢带的新途径。本文主要研究工作如下:(1)以一层一替的6层厚度24 μm的Q195极薄钢带与5层厚度16 μm的 1060极薄铝带为初始材料,利用课题组自行研发的微型轧机实施了冷轧复合实验,并对获得的钢铝复合带进行了 7个道次无中间退火的室温累积叠轧实验。通过对比复合带的板形与复合效果,发现初始复合道次50 kN预压紧力的负辊缝轧制下,钢铝叠层极薄带压下量达到58.7%,钢铝层界面能够实现较好的连接。后续叠轧道次中,每道次增加5 kN预压紧力能使复合带界面得到良好结合,并保持较好的板形。复合过程中复合带边部裂纹不断向心部蔓延,累积叠轧过程共进行了8个道次;(2)观察了不同道次下钢铝复合极薄带复合界面的宏观结构与化学成分分布。钢铝极薄带通过薄膜机制实现界面结合。在叠轧过程中,由于钢铝力学性能的差异导致复合界面结构产生“层状—纤维状—混沌状”的演变,钢层不断发生颈缩断裂,并镶嵌到铝层中间,钢铝界面不断向钢层中间移动,且界面面积不断增大。叠轧过程中,钢铝间始终有2～3 μm的扩散层。随着叠轧道次的增加,界面不断增加,因此扩散层占复合带整体比例不断增高,钢铝均匀化程度不断加深。对第7道次钢层界面附近铝原子含量进行定量分析,发现铝在钢层中实现了变形诱导的固溶扩散,铝原子在钢中的扩散系数为D7passes=1.49× 10-9 cm2/s;(3)分析了复合带界面结构对拉伸性能与断裂机制的影响。拉伸实验表明,第1～2道次拉伸过程由于钢层保持连续,轴向拉力由复合结构中的钢层主要承担,第3～5道次由于钢层破碎,轴向拉力主要由复合结构中的铝层承担。第2道次后复合带抗拉强度最大,为352 MPa。不同道次对应复合极薄带界面结构的力学表现不同,导致钢铝复合带的单向拉伸断裂机制不同,第1道次复合带的断裂由界面缺陷主导的,第2道次复合带的断裂由钢层的韧性断裂主导,第4道次复合带的断裂由铝层的韧性断裂主导。