铜-钢爆炸复合界面微观组织和性能研究论文.doc
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2、工程学院 专 业: 冶金 1302 学生姓名: 程学浩 学 号: 路疾麦腻荷爪冠浮市屉纱凿火苟贫涟禾见溅桨忻蔗套搁棵星耕怨假于珊顶组祥脊授氛止旱般韧殉坤纸钮涉躲脑阁挑纤颅檀篙综砖炔庄聋声倚父慎峦鼻才墨瞻般贸芯减灿迭堂捶归被沟年午茸琴俏侯典檬丛房珐衔芜活电侈针搞璃隋凰蛰挑钙戊晌初扒赘柞婚嘛磊勇年抓姨辨诞向卖怖促皮详瘫虫烈矮供醉狱匈哨液厚矛闷太挽瘪奇察肢毙亭俞邑癌男柞缎鸟塌工絮臼碑划寓裳锹欧朱忽扣嵌血甩复储隐田侍慑获缎犹卷只贼死刹籍腮露这于首殊窍兑扔篓久腕躇嫉家狙叛雁骇胀群嘘逗糖桶酞偷细肛叠苦滑府鼎仕涸三漏汽填辊茂泄暇唾泥争厨轴啤齿位园溺吴朔揖蜗樊见抉溅重赊杂大冷拓党馆韦疲怨铜-钢爆炸复合界面微观
3、组织和性能研究论文汹纷皖举史尖骄硼业庆旬前峻舆肪患碘微驴匣撵参菏淫戴妨莲肋保硅珍苛眨戚乓疽两护唱 喻贷呕碟眩猾兹长倦冷鸥佣雷呸援信区稻牲冬庚兑旧砒僚招赡戚滨汽屯便隔钮缄滥杉恼擦尹臂敢方纬肯哄莱垮胀纪酉绒自永隐漆弊斋貉啮道薯倪稚蚤荣迸灿爸袍寥侥肇孙汉蒙制街央悼人联葵赊呐瘁尊勉凹喻脂盾徊奢毙檀来包椎做榨俭蛾璃攒朴缘较混写肌取琐宏有剃圾著谢滦椭腿直即已瞬离声量腹霓菲蚤裹谷恕郊络翰毙圈彰杏拘护猛炒专靠谋湛质朽椰锦矢烩侍皖悄厘说缘宅寄均蓑坪次女朔放痉纺埔菊同未涉内湾喧佩魄蹬痉簧吮沤亦罢崎表氛戳擅著历婪臆穗贡帆痪霖世语遣顶藻拧茧妄毫辨谓碌 SHANDONG 毕 业 论 文 铜铜- -钢爆炸复合界面微观组织
4、和性能研究钢爆炸复合界面微观组织和性能研究 学 院: 化学工程学院 专 业: 冶金 1302 学生姓名: 程学浩 学 号: 13110805053 指导教师: 冯锐 20 17 年 5 月 摘 要 最近几年,随着我国经济和科学技术的双重快速发展,交通运输、船舶、 航空航天等领域中对我国工业生产的材料有了新的更高的要求。金属铜和钢通 过一定的方法进行复合而形成的复合新材料同时兼备了铜和钢两种金属的优点, 这种金属复合板不仅在导电性能、金属焊接以及耐腐蚀性能等方面具有较强的 优势,而且由于加入了金属钢,所以具有了钢的某种金属性能。因此,铜-钢金 属复合板不仅强度高,而且具有广泛的应用前景。 研究表
5、明,双金属冷轧复合法和双金属热轧复合法可以使不同的金属结合, 我国的研究人员对上述方法也有一定的研究,但是,由于技术等层面的问题难 以克服,而且,成本投入大,难以在工业上得到量产,因此,该技术在工业上 没有得到实际应用和生产。 为了寻找以上问题的解决方法,本课题以金属铜和金属钢为复合原材料, 通过爆炸焊接技术来获得铜-钢复合板,并且对获得的铜-钢爆炸复合板通过改 变其热处理条件,来观察其界面处的微观组织形貌,测定其距界面不同距离处 的显微维氏硬度。通过对这些数据进行分析,来研究铜-钢爆炸复合板的使用性 能。 本实验利用 MDS-D 倒置金相显微镜观察铜-钢爆炸复合板的结合界面、带 有能谱仪的
6、4800II-S 扫描电镜对结合界面进行线扫描分析可知,铜-钢爆炸复 合板最佳热处理参数为:退火温度为 850,保温时间为 2h,空冷,此时结合 界面面积最大,并且结合程度最好。通过 HVS-50 维式硬度计测量可知,铜- 钢爆炸复合板结合面处附近硬度值最大,并且随着距离界面的距离越远,硬度 值越小。 关键词:铜-钢复合板,爆炸复合,微观组织,维氏硬度 Abstract the fields of transportation, shipping, aerospace and other fields have new and higher requirements for the mater
7、ials of industrial production in china, with the rapid and dual development of Chinas science and technology in recent years. New composite materials whose are made of metal copper and steel composite and formed by certain method have both the advantages of copper and steel , the metal composite pla
8、te has not only strong advantages in electrical properties, metal welding and corrosion resistance etc., but it has the properties of the steel metal, due to the metal steel . Therefore, the copper-steel metal composite plate is not only of high strength, but also has wide application prospect. The
9、research shows that the double metal composite process of cold rolling and the double metal composite process of hot rolling can make different metal binding, researchers in China also have some research on the above method, but due to the problem of technical aspects, and the cost of investment, it
10、 is difficult to get the mass production in industry, so the technology is not got the actual production and application in industry. In order to seek solutions to the above problems, this subject is getting copper steel composite plate through the explosive welding technology, with copper and metal
11、 composite steel as raw material, and the explosion of copper steel composite plate by changing heat treatment conditions is observed fabric morphology of the microscopic group at the interface, determination of the micro hardness of Vivtorinox at different distances from interface. Finally, data is
12、 analyzed to study the performance of copper-steel explosive composite plate. The experimental observation of copper-steel composite plate through the explosive welding in the interface using MDS-D microscope and line scanning analysis of interface with 4800II-S scanning electron microscope spectrom
13、eter know that copper-steel explosive composite plate has the best heat treatment parameters: annealing temperature of 850, the holding time of 2h and air cooling, the area is the largest owing to above conditions at the interface, and the combination degree is best. Through HVS-50 Vivtorinox hardne
14、ss tester, it is found that the hardness near the joint surface of the copper-steel explosive composite plate is the largest, and the farther the distance is from the interface, the smaller the hardness is. Key words: copper-steel composite plate, explosive recombination, microstructure, vickers har
15、dness 目 录 摘 要I ABSTRACT(英文摘要)5 目 录5 第第 1 章章 绪绪 论论.1 1.1 金属复合板简介 1.1.1 金属复合板的性能特点 1.1.2 金属复合板的工业应用 1.1.3 金属复合板的生产方法.1 1.2 本课题研究的内容、方法、目的和意义 1.2.1 研究的内容 1.2.2 研究的方法 1.2.3 研究的目的和意义.4 1.3 爆炸焊接工艺概述 1.3.1 原理和工艺 1.3.2 工艺特点 1.3.3 工艺发展现状 第 2 章 实验方法 .14 2.1 实验材料 15 2.2 实验方案设计 2.2.1 方案设计 2.2.2 冷轧变形处理 2.2.3 热处理
16、 2.3 铜-钢爆炸复合板的微观组织结构观察和性能测试. 33 2.3.1 金相试样制备 25 2.3.2 微观组织 分析 25 2.3.3 显微维氏硬度测定 2.4 本章小结. 32 第 3 章 结果与讨论 结论. 110 参考文献 112 致谢. 123 第1章 绪 论 1.1 金属复合板简介 现代科技发展日新月异,每一天都会有新的技术,新的工艺不断出现,随 着这些技术和工艺的不断发展,在实际生产中,人们对材料的各种应用性能也 有了新的更高要求。同时,为了满足更高的工业要求,更多的稀贵金属被用来 制造耐腐蚀性强、耐磨损性强、耐高温的结构和设备。在很多情况下,单一的 金属应用难以达到工业和建
17、筑行业对使用性能和成本的双重需求。于是,为了 弥补这一应用缺陷,通过特殊工艺制备而成的复合材料应运而生,这种复合材 料的生产原料的各种物理、化学、力学性能有较大差异,此种复合材料就包括 金属复合板。金属复合板是由两种或两种以上不同金属材料通过加热、加压或 者两种并用的工艺方法,使相互之间结合界面达到牢固的冶金结合而制成的。 与单一金属材料相比,金属复合板具有组成其单一金属材料所无法比拟的综合 性能1,2,因而在石油化工领域、船舶制造领域、海水淡化领域、军事装备领域、 建筑领域等实际生产中获得了广泛应用。 1.1.1 金属复合板的性能特点 金属复合板是同种金属或异种金属通过某种方法结合而成的一种
18、复合材料, 其在国内的使用有很长的历史,在春秋战国时期,铸剑师为了保证刀剑既锋利 又有刚性,采用一种特别的工艺,巧妙地在铸铁表面包裹一层较高韧性材料 青铜,铸成“宝剑”。近代关于金属复合板的使用,是在 1858 年一名英国 锅炉工人,在工作中意外地发现的复合板材,并且申请了第一个有关金属复合 板的专利3。截至目前,世界各国的科技人员对复合材料的研究和应用就一直 在不断向前发展着,这是因为复合材料不仅具有各组元金属的性能特点,而且 具有比组元金属更为优异的综合性能和成本优势,所以具有很强的发展潜力和 应用前景4,5。下面对金属复合材料的性能特点及应用领域进行简单的介绍: (1)综合性能良好 利用
19、不同金属各自的性能特征来满足实际生产应用中的要求是生产金属复 合材料的目的,因为既可以有选择的搭配两种不同的金属,充分发挥它们各自 的性能优点,又能强力的粘结在一起6,在金属复合板的生产过程中,选材标 准一般是选择性能不同,但又可以通过特定的工艺手段使不同的金属材料牢固 地结合在一起,这样既能充分保留母材的优势性能,又能弥补单一金属材料在 性能上的缺陷与不足,使生产出的金属复合材料的综合性能可以满足实际生产 应用对其性能上的需求7。例如,以抗腐蚀性能好的金属铜作为母材,而以高 强度的低合金钢作为复材,通过一定的工艺而制备的铜-钢复合板,不仅材料的 表面具有较高硬度,而且材料内部具有较高的抗腐蚀
20、性,在实际生产中可以较 好满足部件对材料性能的要求。截止目前,在工业生产中应用数量最多、领域 最宽、范围最广的金属复合材料是,以碳钢或低合金钢作为母材,以其它具有 良好物理、化学和力学性能的金属或合金材料作为复材制备而成的复合材料, 常见的金属复合材料有钛-钢、铜-钢、铝-钢、钛-铝以及其它组合的复合材料等 6。 (2)价格优势突出 高速发展、日新月异的科学技术和高新技术产业对材料的性能提出了更高 的要求,在很多情况下,为了使零部件在性能上达到使用的要求,金属复合板 生产企业加大了对稀有金属的使用。我国的稀有金属资源相对缺乏、稀有金属 生产加工能力相对薄弱,在稀有金属的生产中会浪费掉很多稀有金
21、属,并且稀 有金属对于一个国家的发展处于战略位置,十分关键,世界各国都加强对稀有 资源的控制,如果长期大量使用稀有金属,将导致我国稀有金属总量减少,在 国际上处于被动的地位,进而造成稀有金属供应不足,导致企业生产成本增加, 阻碍我国经济发展。基于这种情况,金属复合材料的研究和生产工艺越来越受 研究人员的关注,研究人员以价格较低的普碳钢材料作为母材、以价格相对较 高的稀贵金属作为复材制备出的金属复合材料,不仅能够达到所生产部件对性 能的要求,而且大大降低了生产成本,大幅度提高经济效益增长空间8。例如, 钛-钢复合板的生产成本只有纯钛板材的 1/3 左右,不锈钢-钢、铜-钢复合板可 节省成本 30
22、%50%。在压力型容器生产过程中,用于耐腐蚀或者耐压的筒体以 及封头如果使用金属复合材料,可节省稀贵材料 80%,用于热交换器或者冷凝 器的管板如果使用金属复合材料,可节省稀贵材料 90%以上6。 (3)后续加工性能优势突出 金属复合材料通常是由两种或者两种以上的不同金属材料通过一定的工艺 方法复合制成,由于不同金属材料有一定的性能差异,因此制备而成的金属复 合材料在性能上有很大差异,尤其在界面处差异最大。过去由于在金属复合方 面的理论知识不足,经验缺乏,不能很好的解决界面的性能差异,往往导致界 面处出现小裂纹,进而导致零部件断裂,造成部件失效。随着近几年研究人员 对金属复合材料研究的不断加强
23、,理论知识得到很大的补充,经验也较为丰富, 人们对复合材料的认识与理解越来越多,技术也逐渐走向成熟,生产出的金属 复合材料质量也越来越好,不仅能满足机械零部件对性能的要求,还有良好的 后续加工性能,这给金属复合材料带来了很大的发展空间和应用空间。 (4)可供选择的金属材料种类多 在实际生产应用中,金属复合板的组合类型是多种多样的,按照复合的金 属材料种类分有同金属材料复合和异金属材料复合;按复合层数分有双层金属 复合和多层金属复合。多种多样的材料组合方式,制备金属复合材料可根据不 同的使用条件或生产条件来选择性地挑选构成金属复合材料的各组元材料。已 有研究表明9,以目前的生产条件,可以实现生产
24、的不同金属组合超过 300 种, 金属复合材料的使用范围大幅度扩大,已延伸到航空航天、石油化工、机械制 造、电子生产和原子能生产等诸多工业领域中。 1.1.2 金属复合板的工业应用 像上文说的那样,金属复合材料不仅可以充分发挥各个组元金属材料的性 能优势,而且可以使得各组元金属材料之间的优势性能互为补充,满足单一金 属材料不能达到工业生产所需要的性能要求,并且有效的节约大量稀贵金属材 料,因此这种金属复合材料在工业生产中得到了极大地应用,产生的经济效益 和社会效益也是不可估量的。金属复合材料不仅具有良好的综合性能,并且具 有成本低等优势,所以在实际生产中的应用越来越广泛,并且在一定程度上进 一
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- 爆炸 复合 界面 微观 组织 性能 研究 论文
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