0Cr13/Q235爆炸焊复合板界面特征及形成机制研究

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爆炸焊接作为一种低成本、简便易行的技术被广泛应用于复合板的制备,基本能够实现任意异种金属复合板的连接并且获得有效的结合。不锈钢/碳钢爆炸复合板因其复板的耐蚀性和基板高强度的结合,作为耐腐蚀结构材料广泛应用于化工和压力容器中。揭示爆炸焊接结合机理及动态过程,为实际生产工艺参数的选择和优化提供理论基础,对于获得更高质量的复合板具有十分重要的意义。本文对0Cr13/Q235爆炸焊复合板的界面特征及形成机制进行了相关研究。(1)基于光滑粒子流体动力学原理(Smoothed Particle Hydrodynamics,简称SPH),对0Cr13/Q235复合板的爆炸焊接结合过程进行了二维模拟,模拟所得界面与实验所得的波形特征较为一致。同时研究了闭合速度及复板倾斜角对波形界面的影响,结果表明:在满足爆炸焊接闭合速度下限时,闭合速度较低时界面结合较好,波形均匀且不会产生较大的旋涡、空洞及裂纹;适当地倾斜复板有助于获得良好的波形界面,且随着复板倾斜角的增大,波形特征更为明显。(2)采用金相显微镜、SEM、EDS及维氏硬度测试手段,对爆炸焊复合板的的界面特征及组织进行了研究,结果表明:0Cr13/Q235界面处存在微量的连续熔化金属层,形成了冶金结合;基板侧晶粒尺寸则较大,且呈现等轴晶形态;而相对于基板侧,0Cr13钢侧变形程度更大,晶粒尺寸更为细小,且具有拉长的变形组织。界面处发生了较小程度的元素扩散(5μm距离内),同时金属熔化层附近产生了很大程度的加工硬化。(3)根据0Cr13/Q235爆炸焊接的模拟结果,对界面波形形成的动态过程进行了分析。结果表明:结合界面由初始平直界面过渡到稳定波形界面,成波机理比较接近于侵彻机理,爆炸焊接结合过程发生在微秒内;复合板的塑性变形主要集中在界面处,结合区处于高压、高应变率、高温的物理状态,界面两侧组织的差异性来源于由于爆炸复合过程中各个区域不同的物理状态及变形程度。(4)对不同热处理温度对0Cr13/Q235爆炸焊复合板的影响进行了初步研究。结果表明:经过热处理后,界面处的加工硬化得到了一定程度的改善,但温度较高时界面附近会形成较多的碳化物脆性相,对其耐腐蚀性能产生不利影响。
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