爆炸复合材料中金属的硬化.pdf

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1、第卷第期矿冶,白卿年月妊曰旧男爆炸复合材料中金属的硬化郑远谋黄荣光陈世红广东省鹤山市新技术应用研究所广州市航务管理局番禺分局摘要以铁一钢爆炸复合板结合区波形 内塑性变形规律的研究为例,讨论了爆炸复合材料结合区和断面 上金属的爆炸硬化问题这种硬化程度和硬化规律的探讨,对于指导爆炸焊接的理论研究和爆炸复合材料的使用都有重要的意义关键词爆炸焊接金属爆炸复合材料塑性变形爆炸硬化卜 扛丫卫洲万“白,仍,却,州却,汀记一,。沈功时切骆血认认皿雨引言单金属材料的爆炸硬化现象早已被 发现,并形成了金属爆炸加工 科 技领域的一个重要分支。这种新工 艺和新技术被用来硬化铁轨的道叉、铲斗的牙齿和其他许多 需要耐磨的

2、零部件及设备。其中,高锰钢的爆炸硬化就是其广泛应用 的一个实例,和单金属的爆炸硬化一样,双金属和多金属在爆炸焊接以后,其内的硬度也会增高。这种爆炸硬化是爆炸复合材料 中必然发 生的一 种 物理一力 学现象。其实质是 在巨大的爆炸载荷下,金属间的界面和 内部发生了不同形式和 不同程 度 的塑性 变形 及组织变 化,由此导致加工硬化和硬度的增 加本文从研究爆炸复合材料中金属的塑性变形和组织变化人手,讨论这种材料断面和局部位置郑远谋广东鹤山,所长、高级工程师 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights

3、 reserved.http:/ 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/矿冶性变形就以波状的形式连续地分布在整个界 面两侧和基体内部。结合区和断面上微观的硬度分布在爆炸复合材料的结合区波形 附近和基体内部,金属发生了上述规律的塑性变形。这种变形必然引起相应硬度的变化。图一是几种双金属和多金属爆炸复 合板结合区或断面的显微硬度分布 曲线。由这些 曲线能够发现如下显微硬度 的分布规律。歇气、始一原一乳狱卿仁卜几邝原始四工里臀原始 伪。妊彭匕界面距离钦一钢结合区姗界

4、面距离铜一不锈钢结合区界面距离不锈钥一钢结合区原始月产一夕原始铲原始界面界面距离错一担一饮断冠护、口谁梦一界面距离锅一钦断面图爆炸复合板结合区或断面的显微硬度分布曲线址时溺颐加曲吨劝叨女戈石。韶结合界面上的硬度最高。这显然与该位置上金属塑性变形的程度最严重有关。随着与界面距离的增加,其两侧基体内的硬度逐渐降低。这是相应位置上金属塑性变形的程度逐渐减弱所致。上述两种分布形式 的硬度通常高于基体金属原始的硬度。随着基体材料原始硬度的不同,爆炸焊接后它们的硬化程度不同。通常原始硬度高的硬化程度高 反之,硬度增加得较少由图归可见,由于复层表面 与爆炸载荷、基层底面 与基础的相互作用,复合板的表层和底层

5、 的硬度也有所增加,特别是表面和底面。由该图还可见,基材 内部的硬度仍高于原始硬度显然这些仍与相应位置上金属 的塑性变形双晶和加工硬化有关。1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/爆炸复合材料中金属的硬化由上述结果不难看 出,不同的金 属材料在不 同的爆炸焊接工艺下,它们的结合区和断面上的显微硬度变化都能用曲线的形式表示和反 映出来。并且,其结果与 图中不同部位金属材料的塑性变形程度一一对应。这种对应性在微观上充分地显示了金属材料内部不同位置爆炸 硬化的程度和规

6、律。爆炸复合材料 中宏观的硬度分布表一提供了另 一些金 属材料在爆炸焊接前后硬度的数据。这些数据 能 够 充分地显示它们整体爆炸硬化的宏观情况。由表可见,爆炸焊接后,错和因科镍的硬度均增加了,但后者增加得更多,这反映了因科镍有 更强烈的爆炸硬化趋势。数据还显示,随着 炸 药量 的增大,它们的硬 度 增 加得更多,这显然与外加载荷更强有关。但在此两种用药量 的情况下错的硬 度的绝 对增加 量显得 更多,这可能与错作为复层、爆炸焊接过程 中与爆炸载荷直接接触有关由表中数据还 可见,在 同一工艺下,五次试验的结果相 差不大,这体现了爆炸硬化有较好的重复性。表爆炸焊接前后,错和 因科镍硬度的变化们川已

7、粥坦罗玩阮私火血,冲击硬度以沦负荷材料状态平均坐一竺塑一塑塑一燮塑一塑标准因科镍错因科镍错因科镍原始材料爆炸焊接一用炸药爆炸焊接用飞炸药表爆炸焊接前后,黄铜和几种钢铁硬度的变化,肠田月邸坦罗贬治此川匕曰比场批忱巾硬度叩一黄铜阿尔姆卡铁卯一黄铜低碳钢卯一黄铜低碳钢卯一黄铜十低碳钢如一印焊缝一焊缝焊缝原始的爆炸后原始的爆炸后印麟卯一卯一焊缝一一一一一一一表显示 了与表类似的规律,在 这表铜一妮钦复合超导体 棒的爆炸焊接硬化里,黄铜的爆炸硬化 趋 势较几种钢和铁为认址川北血一大。表亦然,在此,铜作为复 层 较钥钦合找习记以金硬 化 程度大,最高达。由表可材料原始硬度脚爆炸后硬度硬度增加见,因科镍的硬

8、化 程度更 大与原 始 硬 度妮钦合金一姗一相比,较小药量时平均硬度增加,增加一一一竺一一止旦二竺一止三 二二三 呈 三程度达较大药量时平均硬度增加,增加程度达。而表中的黄铜的硬 度最多增加,增加程度高达。由此可见,在爆炸焊接情况下,某些金属材料的爆炸硬化是 相当可观和不容忽视的。1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/麟矿冶讨论爆炸复合材料结合区和断面内显微硬度的分布图,实际上是对应位置上 的金 属 材料的微观塑性变形及其强烈程度的表征。检验结果表明,这种表征

9、与爆炸复合 材 料的结 合强度密切相 关随结合区塑性变形程度的增加,结合强度增加。另一方面,那种结合区金属 塑性变形的程度无疑与爆炸焊接工艺 密切相 关因此,结合区硬度的分布状况将爆炸 焊 接的工艺、组 织和性能 联系在一起于是,结 合区硬度分布的研究,或者说结合区硬化状况的研究,不仅是爆炸复合材料力学性能检验的重要 内容,而且是爆炸焊接机理研究的重要组成部分。包括结合区在内的复合材料 断面上硬度的增加,必将造成复合材料整体强度的提高研究表明,这种提高在一定的范围内有利于这种材料的强度设计和使用。但 是,过量 的硬化和强化,会造成后续机械加工和设备制造的 困难可能还使某些复合材料的屈服强度和抗

10、拉强度接近如对不锈钢一钢爆炸复合板而 言,这从材料力学上考 虑是不利的此时需要进行热处理,使其恢复至原始性能。然 而,那种热处理工 艺的制订和执 行 还 必 须考虑复层材料的特殊性能例如上述不锈钢 的耐蚀性不得降低总之,这方面 硬 度 和硬化程度的研究,对于指导某些爆炸复合材料的后续加工 和使用也有重要的意义对于 另一些爆炸复合材料来说,对其复层可能有某一特殊性 能 的要求,例如耐 摩擦磨损性能、耐烧蚀性能、耐空化腐蚀性能、耐电化腐蚀性能 或 耐化学腐蚀性 能等。在爆炸 焊接后复层硬度的提高由于压应力的存在和其他组织 的变化 将有 利于这些特 殊 性能的提高。在 这种情况下,无疑应当充分地利用

11、这种复层材料局部 或全部的爆炸硬化特性,并通 过试验寻找其规律,以求最佳工艺下 的最佳结果。结论爆炸复合材料中金属硬度的提高和硬化规律的变化,都与这种 材料 中的组织 变化有关。通常,这种变化可以用其中金属 的塑性变形及其规律来描述和度量。爆炸复合材料中金属硬化现象的深人研究,对于探讨爆炸焊接的机理和指导金属爆炸复合材料的使用都有重要的意义。参考文献你以兔八小扣皿甲绷毗伴山印喻叭邓,陈勇富,洪有秋矿冶工程,义郑远谋,黄荣光爆炸焊接与贵金属复合材料矿冶,田七欧日洲址璐勿玩,州叮一郑远谋,张胜军钢铁研究学报,卯,收稿时间一一更正矿冶燮年第期页引言中第一行“全世界,应为“国内”,特此更正,并向作者、读者致歉 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/