1、無冷軋壓下量及時效溫度對內生冷軋壓下量及時效溫度對內生復合鋼板弱界面結合強度的影響復合鋼板弱界面結合強度的影響蔡大勇張春玲荊天輔摘摘要要：通過力學性能測試、掃描電鏡及透射電鏡觀察，研究了冷軋壓下量及時效溫度對內生復合鋼板弱界面結合強度的影響。結果表明：隨著冷軋壓下量的增加，弱界面的結合強度明顯降低；而隨著時效溫度的上升，弱界面的結合強度呈現上升的趨勢。關鍵詞關鍵詞：內生復合鋼板； 弱界面； 冷軋壓下量； 時效溫度中圖分類號中圖分類號：TG355.5；TG142.1文獻標識碼：A文章編號文章編號：1001-3814(2000)01-0007-03EffectsEffects ofof Cold-

2、rolledCold-rolled ReductionReduction andand AgingAging TemperatureTemperature ononCohesionCohesion StrengthStrength ofof WeakWeak InterfaceInterface ofof DISCDISCCAI Da-yong, ZHANG Chun-ling, JING Tian-fu（College of Mate.Sci.& Chemi.Eng., Yanshan University）AbstractAbstract：Mechanical properties

3、 testing、SEM and TEM was used to study the effectsof cold-rolled reduction and aging temperature on the cohesion of the weak interfaceof DISC.The results show that the more the cold-rolled reduction,the lower thecohesion strength of the weak interface;and the higher the aging temperature,thehigher t

4、he cohesion strength of the weak interface.KeyKey wordswords：DISC; weak interface; cold-rolled reduction; aging temperature1 1引言引言金屬板材尤其是鋼板在傳統加工變形過程中，由于軋制工藝參數或夾雜物控制不當，常常發生分層開裂而導致報廢。國內外研究人員為解決這一問題進行了大量工作，但都是在分析開裂機理的基礎上，采用各種方法控制這類缺陷的產生或使之消除，使材料的力學性能恢復到原有水平13。但是，Embury 將多層同材質金屬薄板復合成金屬層壓板后，發現層壓板中弱界面的存在使

5、該種材料表現出優異的力學性能4，5。所以，如果能把金屬在傳統變形中形成的層狀缺陷轉化為類似金屬層壓板中的有益層狀界面， 那將是材料研究中突破性的進展。對 15CrMnMoV 鋼淬火后得到的板條馬氏體組織進行冷軋后，對其組織特征研究發現：其顯微組織為均勻分布的層片狀結構，層片沿軋面和軋向近平行排列。這樣，通過冷軋在材料內部引入了大量的類似金屬層壓板的層片狀結構，為區別于傳統層壓板，我們稱之為塑性變形誘發內生復合鋼板(Deformation induced in-situ composite plates)，簡稱 DISC 鋼板。初步研究表明：DISC 鋼板具有超高強韌性，是解決超高強度材料易于低

6、應力脆斷這一世界難題的有效新途徑。同時，DISC 鋼板在超高強度水平對裂紋和應力腐蝕不敏感，這主要歸因于該復合板內部的弱界面，弱界面降低了板厚方向的約束，使得材料的韌性大大提高，從而使材料的強度潛力得到了充分的發揮6，7。目前對 DISC 鋼板的研究還僅局限于一些常規力學性能方面，對于 DISC 鋼板的復合機制以及弱界面的形成條件、結構、結合強度和力學行為的關系還有待深入研究。本文在前期工作的基礎上，研究了冷軋壓下量及時效溫度對 DISC 鋼板弱界面結合強度的影響。2 2試驗材料及研究方法試驗材料及研究方法無試驗用 15CrMnMoV 鋼，由撫順特殊鋼有限公司提供，熔煉方法為電爐加真空自耗，其

7、化學成分 w(%)為：0.16C，1.20Cr，0.80Mn，0.81Mo，0.28V，0.36Si,0.008S,0.015P,其余 Fe。將 60 mm60 mm 鑄造方坯改鍛為不同厚度的冷軋板坯，8752 h 退火，94025 min鹽爐加熱奧氏體化，油冷獲得低碳板條馬氏體組織，55090 min 時效后精加工到不同厚度，冷軋到同一厚度(3 mm)，以獲得不同的冷軋壓下量(=(H0-3)/H0，H0為原始厚度，3 mm為終軋厚度)。時效處理后，即可獲得具有層狀晶粒結構的內生復合板，復合板中的弱界面平行于板面。通過拉伸及剪切試驗測試不同冷軋壓下量及時效溫度 DISC 鋼板的弱界面結合強度，

8、 利用透射電鏡(TEM)及掃描電鏡(SEM)觀察材料的顯微組織結構及斷口形貌。3 3試驗結果試驗結果圖 1a 為 DISC 鋼板弱界面抗拉強度(b)及剪切強度()隨冷軋壓下量的變化關系。 可見，隨著冷軋壓下量的增加，DISC 鋼板的弱界面b及逐漸降低，即 DISC 鋼板的弱界面結合強度隨著冷軋變形量的增加呈現出下降的趨勢。圖 1弱界面結合強度與冷軋壓下量(a)、時效溫度(b)的關系圖 1b 為 DISC 鋼板弱界面抗拉強度隨時效溫度的變化關系。可見，隨著時效溫度的升高，DISC 鋼板的弱界面抗拉強度呈現逐漸升高的趨勢。4 4分析討論分析討論4.14.1DISC 鋼板的顯微組織圖 2 為 DIS

9、C 鋼板的顯微組織結構。可以看出：DISC 鋼板的顯微組織為近平行排列的馬氏體板條構成的層片結構，層片平均厚約 90 nm，且層片內存在高密度的位錯。圖 2DISC 鋼板的微觀結構(TEM)4.24.2DISC 鋼板的弱界面斷口形貌圖 3 為 DISC 鋼板的弱界面拉伸及剪切破壞的斷口形貌。可以看出：DISC 鋼板的斷口分層裂紋表面具有顯著河流花樣特征，可見 DISC 鋼板沿弱界面的破壞方式為典型的解理斷裂。無(a)75%，冷軋態弱界面拉伸斷口形貌(b)75%，58090 min 弱界面拉伸斷口形貌(c)75%，冷軋態弱界面剪切斷口形貌(d)75%，62590 min 弱界面劈開斷口形貌圖 3

10、弱界面斷口形貌4.34.3DISC 鋼板弱界面的菊池花樣分析對沿弱界面劈開試樣分層裂紋表面所作的菊池花樣如圖 4 所示。結果表明分層裂紋表面為(001)解理面。可見，DISC 鋼板的分層裂紋的擴展過程沿(100)解理面進行，這與分層裂紋表面的 X-ray 衍射譜結果一致8。無圖 4分層裂紋表面的菊池花樣4.44.4DISC 鋼板弱界面結合強度的影響因素金屬材料在冷塑性變形過程中，雖然外部所加的大部分能量將轉變為熱能而散發出去，但其中約有 3%的能量將儲存在材料的內部9。由此造成位錯密度和點陣缺陷(原子空穴等)密度的上升，以點陣畸變等形式殘留在鋼中(如圖 2)。隨著冷軋壓下量的增加，儲存在晶粒內

11、的畸變能增加，尤其是在晶界處畸變能儲存更多，由此造成裂紋極易在弱界面處形核。在垂直于弱界面的正應力作用下，裂紋沿(100)解理面急劇擴展而開裂(圖 3、圖 4)。所以隨著冷軋壓下量的增加，儲存在弱界面處的畸變能增加，裂紋易在弱界面處形核擴展，導致 DISC鋼板弱界面的結合強度下降。時效過程中，DISC 鋼板冷軋時獲得的儲存能以熱的形式釋放，同時點缺陷消失，位借重排，使得點陣畸變程度降低9，儲存在晶粒內的畸變能減少。能量的減少將不利于解理裂紋形核，并且隨著時效溫度的升高，釋放的儲存能增加，使裂紋的形核更加困難。所以，隨著終時效溫度的升高，DISC 鋼板的弱界面結合強度呈現上升的趨勢。對于 DIS

12、C 鋼板而言，其弱界面結合強度的影響因素主要是冷軋壓下量和終時效溫度。由以上的試驗結果可以看出：通過改變 DIS 鋼板的冷軋壓下量和終時效溫度可以調整和控制其弱界面結合強度，從而達到實際應用中對該種材料強韌化要求。5 5結論結論(1)隨著冷軋壓下量的增加，內生復合鋼板的弱界面的結合強度明顯降低。(2)隨著終時效溫度的上升，內生復合鋼板的弱界面的結合強度呈現上升的趨勢。基金項目基金項目：國家自然科學基金資助項目，59681006；河北省自然科學基金資助項目，595165。作者簡介作者簡介：蔡大勇(1970-)，男，河北唐山人，講師，博士研究生。作者單位作者單位：蔡大勇（燕山大學 材料化工學院，河北 秦皇島 066004）張春玲（燕山大學 材料化工學院，河北 秦皇島 066004）荊天輔（燕山大學 材料化工學院，河北 秦皇島 066004）參考文獻參考文獻：1 井上尚志.國外低合金高強度鋼進展， 裂紋選輯 M .北京： 冶金部情報研究所， 1986：90.2 夏并楨一.國外低合金高強度鋼進展， 裂紋選輯 M .北京： 冶金部情報研究所， 1986：無295.3 小山伸二.國外低合金高強度鋼進展， 裂紋選輯 M .北京： 冶金部情報研究所， 1986：303.4吳人潔.J.復合材料學報，1987，