施壓加工對爆炸復合板力學性能的影響

王凱

摘 要：文章通過爆炸復合板的金相和顯微硬度分析，討論了施壓加工對不銹鋼與碳鋼復合板性能的影響，結果表明：該復合板具有足夠高的硬度，能承受施壓加工時較大的塑性變形，施壓后復合板整體硬度升高，而加熱只對不銹鋼起到部分去應力的作用。

關鍵詞：復合板；試壓加工；力學性能

液態化學物質的存儲容器和反應釜通常由耐高壓抗腐蝕的材料制成，為節約成本，多采用復合板。內壁用耐腐蝕的不銹鋼，外壁用普通碳鋼，通過爆炸加工復合而成。

1 爆炸法生產復合材料的原理

爆炸法生產復合材料，做為業內人士還有一定的了解，作為外行人可能就一無所知了。從專業角度講，它是以民用炸藥作為基礎能源，通過爆炸直接使能量釋放在要復合的板材上，與此同時才碰撞過程中發生各種能量轉換，最后達到基板與復板的結合。通過爆炸產生的能量，爆炸焊接工藝能在金屬板之間形成合金焊接層。在爆炸焊接前，需將金屬表面清理干凈，水平放置并固定，復板上按照一定的順序放置一層調配好的炸藥，爆炸開始時，爆轟波界面迅速掠過復板表面，并在特定的條件下將復板壓在下面的基板上，整個過程時間很短，沒有產生熱量的傳遞，基板也沒有受到很大的加熱，因此金屬的性能保持不變，該工藝能在整個焊接平面上產生高強度、高韌性的合金焊接層。從上世紀70年代開始，爆炸焊接一直是異金屬焊接可靠且可行的解決方案。所形成的復合板最大優勢是降低成本且保證其使用性能。

2 復合板的金屬間結合

爆炸復合時，爆轟波可以將熔點，熱膨脹系數和強度相差很大的覆板與基板牢固的粘接在一起，通過控制爆炸符合參數，界面可實現性能優良的冶金結合。金屬復合界面有3種結合形式：金屬間形成連續的直線結合，金屬間形成均勻的熔化層，金屬間形成波紋狀結合。其中波紋狀接合面強度較高。對不銹鋼和碳鋼復合界面進行金相分析觀察界面的結合情況。結果表明，爆炸復合界面為良好的波紋裝結合，試樣力學性能好，金屬間結合緊密。

復合后對板進行無損探傷，如發現疵病，需打磨并補焊，再進行去應力退火并校平。

3 施壓加工對符合界面的影響

制罐時復合板在外力作用下彎曲成形，覆板被壓縮，基板受拉力作用，產生塑性變形。卷成圓桶后接口處焊接而成罐體，而罐體體積較大，此時不便放入爐內進行熱處理，故用乙炔焰進行去應力退火，保證焊縫不會開裂。

彎曲成形時基板斷面收縮率為2.8%，宏觀觀察發現基覆板間波紋狀界面波峰略被壓低，但界面仍保持良好的結合狀態，不存在分層缺陷，爆炸復合界面具有足夠高的強度，可以承受諸如壓力加工產生的塑性變形。

4 施壓加工前后的顯微硬度變化

施壓加工前后材料的性能變化可由硬度的變化反映出來，測定了施壓加工前后爆炸復合板界面兩側的顯微硬度，可以看出，界面附近的硬度高一些，隨著界面距離的增加硬度值下降，到一定距離后硬度值趨于穩定，硬度升高區約為0.2-0.3毫米寬。爆炸復合時，復合界面高速碰撞產生極高的壓力，復合界面兩側的金屬受到強烈的壓縮作用，產生劇烈的塑性變形，使界面兩側的金屬產生不同程度的加工硬化，表現為界面兩側硬度升高。硬度的高低反映了塑性變形的劇烈程度。距界面越近，塑性變形程度越大，硬度值越高，遠離界面處，材料沒有發生塑性變形，硬度趨于定值。

施壓加工后的顯微硬度分布規律與施壓加工錢一致，但硬度值普遍升高。其原因是施壓加工時復合板整體塑性變形，材料內位錯密度增加，位錯之間相互纏結形成胞狀結構，使不動位錯數量增加。造成材料的應變強化，使硬度值均勻升高。

5 加熱對復合板施壓加工后顯微硬度的影響

施壓加工時的塑性變形是材料加工硬化，塑性降低，一小部分能量以增加金屬中的點陣缺陷和彈性應變的形式儲存在金屬內，使其在熱力學上處于一種不穩定的亞穩定狀態，將塑性變形后材料加熱，可消除殘余應力，使材料的塑性得以恢復，施壓加工后的罐體在熱處理后碳鋼基板的顯微硬度有所降低，因其再結晶速度較快，完全再結晶后塑性得到回復。硬度降到最低。

6 結束語

根據試驗結果與分析，得出以下結論：（1）不銹鋼與碳鋼復合界面結合強度很大，可以承受較大的塑性變形加工。施壓加工后使復合界面波峰有所降低，但結合強度仍很大。（2）施壓加工使復合板整體硬度有所提高。（3）由于不銹鋼和碳鋼的熔點有一定的差異，對不銹鋼只能部分去除應力，而碳鋼完全再結晶。

參考文獻

[1]鄭哲敏，楊振聲.爆炸加工與焊接技術[M].北京：國防工業出版社，1981.

[2]劉忠清，劉凱.異種金屬焊接技術指南[M].北京：機械工業出版社，2000.