镁合金—铝合金爆炸复合材料界面组织与性能的影响研究

论文摘要

爆炸焊接作为一种特种连接技术,以其独特的优点在异种材料连接上得到了广泛的应用,并有着很大的发展潜力。爆炸复合材料界面的结合区在成分、组织和性能上有别于基体金属,因而具有自己明显的和重要的特性。本文借助金相显微镜、SEM、EDS及力学性能测试等手段,系统地研究了镁合金-铝合金爆炸复合材料原始态的组织与性能,并且进一步研究了低温长时间热处理、高温短时间热处理及热变形对镁合金-铝合金爆炸复合材料界面组织及性能的影响。研究表明:AZ31/7075爆炸复合材料原始态结合界面为波脊处存在熔化块等特征的波形结合界面,并且在界面处存在着轻微的原子扩散,扩散层约为0.6μm,实现了牢固的冶金结合,其剪切强度,达到70.4MPa。断口呈韧性断裂特征,对断口进行EDS成分分析,发现在铝侧的断口上粘有10%（wt%）左右的Mg,证明了结合界面是良好的冶金结合,但没有生成明显的金属间化合物。低温长时间热处理表明,应该严格控制好加热温度和保温时间,防止界面处镁、铝原子的过度扩散而生成金属间化合物,从而削弱界面结合强度。在170℃保温4h时热处理既提高了界面剪切强度,有可以使镁合金一侧的绝热剪切带发生再结晶,消除了裂纹源。高温短时间热处理时,界面处金属间化合物随着加热温度的升高和保温时间的延长而变厚;界面结合强度因界面结合区生成金属间化合物而迅速下降,并随着金属间化合物的变厚而进一步降低,断口也呈脆性断裂特征。断口成分分析表明断裂是发生在界面处的金属间化合物上。对镁-铝爆炸复合材料进行热变形处理,热变形时的预热会使界面处生成金属间化合物,但是较大的变形量会使界面处的金属间化合物发生断裂而被基体金属填充实现金属键的结合而改善界面的结合强度,并且界面断口呈现韧脆混合的特征。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 几种复合板的制备工艺
• 1.3 爆炸复合技术概述
• 1.3.1 爆炸复合的基本原理
• 1.3.2 爆炸复合技术的优缺点及工程应用
• 1.3.3 国内外爆炸复合技术的发展及研究概况
• 1.4 爆炸复合材料的后续加工
• 1.4.1 爆炸复合材料的热处理
• 1.4.2 爆炸复合材料的压力加工
• 1.4.3 爆炸复合材料的机械加工
• 1.5 选题的意义及研究内容
• 2 试验材料及试验方法
• 2.1 试验材料及其特点
• 2.2 爆炸复合材料的热处理及热变形
• 2.2.1 爆炸复合材料的热处理
• 2.2.2 爆炸复合材料的热变形
• 2.3 分析与检测手段
• 2.3.1 金相观察
• 2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）和X射线能谱（EDS）分析
• 2.3.3 力学性能测试及断口分析
• 3 AZ31/7075爆炸复合材料原始态界面组织及性能分析
• 3.1 爆炸复合材料界面结合区基本形态
• 3.1.1 爆炸复合材料界面处的漩涡
• 3.1.2 波形界面的形成原因
• 3.1.3 爆炸复合界面结合区元素的扩散
• 3.2 镁-铝爆炸复合镁合金内的绝热剪切现象
• 3.3 镁-铝爆炸复合镁合金内的孪生现象
• 3.4 原始态爆炸复合板力学性能及断口分析
• 3.5 本章小结
• 4 低温热处理对复合界面组织及性能的影响
• 4.1 低温热处理对组织的影响
• 4.1.1 热处理加热温度
• 4.1.2 热处理保温时间
• 4.2 低温热处理对元素扩散的影响
• 4.3 低温热处理对界面剪切强度的影响
• 4.3.1 热处理加热温度
• 4.3.2 热处理保温时间
• 4.4 低温热处理爆炸复合板断口分析
• 4.5 本章小结
• 5 高温热处理对复合界面组织及性能的影响
• 5.1 高温热处理对组织的影响
• 5.2 高温热处理对界面元素扩散的影响
• 5.3 金属间化合物的形成过程
• 5.4 高温热处理对界面剪切强度的影响
• 5.5 高温热处理爆炸复合板断口分析
• 5.6 本章小结
• 6 热变形对复合界面组织及性能的影响
• 6.1 爆炸复合板热变形后的界面组织研究
• 6.2 热变形对复合板界面剪切强度的影响
• 6.3 热变形爆炸复合板断口分析
• 6.3.1 不同热变形温度下的断口特征
• 6.3.2 不同变形量下的断口特征
• 6.4 本章小结
• 7 结论
• 致谢
• 参考文献