【摘 要】
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钛/铝复合板兼顾了两种组元的优异性能,是一种比强度高、耐高温、密度小的复合材料,在轻量化结构中应用前景广阔。首先,本文采用有限元软件对钛/铝异种双金属非等通道横向共挤压成形过程进行了塑性变形分析和成形工艺参数的优化。结合正交试验设计和信噪比法研究了工艺参数对共挤压钛/铝复合板翘曲变形行为的影响。其次,采用数值模拟的优化参数进行物理实验,验证了仿真结果的有效性。最后,完成了钛/铝复合板的共挤压实验制
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钛/铝复合板兼顾了两种组元的优异性能,是一种比强度高、耐高温、密度小的复合材料,在轻量化结构中应用前景广阔。首先,本文采用有限元软件对钛/铝异种双金属非等通道横向共挤压成形过程进行了塑性变形分析和成形工艺参数的优化。结合正交试验设计和信噪比法研究了工艺参数对共挤压钛/铝复合板翘曲变形行为的影响。其次,采用数值模拟的优化参数进行物理实验,验证了仿真结果的有效性。最后,完成了钛/铝复合板的共挤压实验制备,同时利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、显微硬度计等几种微观表征方法,重点研究了预热温度、挤压速度、退火时间等关键工艺参数对钛/铝复合板界面显微结构和力学性能的影响,分析了钛/铝复合板界面的结合机制和断裂准则。主要结论如下:（1）通过正交试验设计和信噪比分析,最优的工艺参数是480℃-1mm/s。采用最优工艺参数进行物理实验,实验结果和模拟优化结果吻合。方差分析结果表明,挤压速度对翘曲角、平均温度相对偏差的影响大于预热温度,预热温度对平均速度相对偏差、挤出力、焊合压应力标准差的影响大于挤压速度。同时,预热温度与平均温度相对偏差呈负相关,挤压速度与平均温度相对偏差呈正相关。工艺参数对挤出力的影响规律与对平均温度相对偏差的相似。（2）非真空制备环境下界面扩散层处的氧化物对钛/铝复合板界面扩散机制和力学性能有一定的抑制作用。设定工艺参数条件下,预热温度、挤压速度与钛/铝复合板界面处显微硬度均呈正相关,其显微硬度值介于两侧母材之间,而母材的显微硬度基本不变。随着预热温度的增大,钛/铝复合板的剪切强度先增大后略有减小。随着挤压速度的提高,钛/铝复合板的剪切强度整体增大,局部略有减小。钛/铝复合板获得最大剪切强度的工艺条件是500℃-0.8mm/s。对应的剪切强度为36.4MPa,达到了 AA1050铝合金基体剪切强度的61%。（3）特定成形工艺参数条件下,钛/铝复合板的剪切断裂形式为韧性断裂。剪切断口位置主要在界面扩散区或靠近铝侧。断口物相分析表明,界面扩散层成分主要为钛/铝固溶体,没有明显的钛/铝金属间化合物。钛/铝复合板共挤压成形过程主要分为物理接触形成阶段、接触表面激活阶段、原子扩散阶段三个阶段。这三个阶段并不是独立依次进行的,而是交叉并行。（4）特定热处理工艺条件下,退火时间的提高对界面扩散机制和钛/铝复合板剪切强度有明显的增强作用。热处理工艺为540℃-8h的钛/铝复合板剪切强度比退火前提高了 28.5%。达到了 AA1050铝合金基体剪切强度的69%。
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