鈦-鋁-鎂疊層板熱軋復(fù)合及組織與性能研究.pdf

1、金屬疊層板在航空、航天和汽車等工業(yè)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力，有必要對(duì)金屬疊層板材的復(fù)合效應(yīng)和微觀結(jié)合機(jī)制及其對(duì)力學(xué)性能的影響進(jìn)行深入系統(tǒng)研究。本文以鈦、鋁、鎂合金板材為原料通過(guò)熱軋復(fù)合成功制備了Ti-6Al-4V/Al3003/Ti-6Al-4V、Al6061/Ti-6Al-4V/Al6061和Ti-6Al-4V/Al6061/AZ31B三種金屬疊層板，并研究了熱軋工藝對(duì)疊層板組織與力學(xué)性能的影響，對(duì)金屬疊層板結(jié)合機(jī)理、塑性變形機(jī)制、復(fù)合

2、效應(yīng)及其對(duì)板材性能的影響進(jìn)行了深入研究。
　　鈦/鋁/鈦疊層板中鋁層組織在厚度方向呈不均勻分布，鋁/鈦界面處的變形程度高于鋁層中心。這種組織分布的不均勻性歸因于鋁和鈦層之間的不協(xié)調(diào)變形和原始組織分布的不均勻性。鈦/鋁/鈦疊層板的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度隨軋制溫度升高而增加，延伸率略微增加。隨軋制變形量增加抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度顯著增加，而延伸率降低。結(jié)合強(qiáng)度隨軋制溫度和變形量的增加而增加。疊層板強(qiáng)度的增強(qiáng)機(jī)制與結(jié)合界面對(duì)組成材料頸縮的抑制和

3、變形的約束有關(guān)。
　　鋁/鈦/鋁疊層板中，由鋁/鈦界面到鋁表層大角度晶界數(shù)量和晶內(nèi)小角度晶界的取向差逐漸增加。鋁表層的織構(gòu)由r-cube剪切織構(gòu)和殘余C和S取向組成，而靠近界面處鋁層的織構(gòu)由{011}<322>取向和殘余cube取向組成。鋁層組織和織構(gòu)在厚度方向上的不均勻分布與軋輥和板材表面的摩擦以及鋁/鈦層之間的不協(xié)調(diào)變形有關(guān)。隨軋制變形量增加，鋁層厚度方向上組織分布的不均勻性增加，主要?dú)w因于摩擦引起的剪切應(yīng)變隨變形量增加。對(duì)于

4、27％和38%變形量制備的疊層板，其抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度先隨溫度升高而增加，在400℃達(dá)到最大值，然后隨溫度升高而降低。對(duì)于45%變形量制備的疊層板，其抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度在425℃取得最小值，而后隨溫度升高而增加。由于鈦層斷裂，45%變形量制備的疊層板在400℃～450℃溫度范圍內(nèi)強(qiáng)度低于38%變形量。
　　鈦/鋁/鎂疊層板中，鋁層和鎂層厚度方向上顯微組織呈不均勻分布。鋁/鎂界面處變形略高于鋁層中心，而鈦/鋁界面處初始晶粒沿與軋制方

5、向呈一定角度拉長(zhǎng)，并在大變形量條件下碎化為等軸細(xì)晶。Al/Ti界面織構(gòu)要由顯著的r-cube和-fiber剪切織構(gòu)組成。而鋁中心層的織構(gòu)由β-fiber、Goss和剩余cube取向組成。鋁層顯微組織的不均性主要?dú)w因于鋁和鈦層之間的不協(xié)調(diào)變形。鎂合金晶粒尺寸從鎂層表面到鋁/鎂界面逐漸減小，鎂層顯微組織的不均勻性是由軋輥和板材表面的摩擦引起的。450℃制備的鈦/鋁/鎂疊層板，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度隨軋制變形量的增加而增加，而延伸率隨之下降。28