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钛/钢复合板具有广阔的应用前景与科研价值。复合板的界面结构和组织会对其性能产生很大影响,通过控制复合板的界面结构和组织对其力学性能进行调控一直是研究的热点与难点。为此,本文选择商业纯钛和普通碳钢作为原材料,根据钛/钢复合板热轧复合生产工艺过程展开针对性研究。利用扫描电子显微镜、能谱仪、电子背散射衍射和X射线衍射仪等实验设备和技术,对钛/钢复合板界面结构和组织进行表征。通过拉伸实验、拉伸剪切实验、剥离实验和硬度实验等方法检测钛/钢复合板的力学性能。本文揭示了钛/钢复合板在轧前预热、轧制复合过程中和轧后退火过程中界面结构和组织的变化情况,提出了钛/钢界面结构调控方法,完善了钛/钢复合板组织性能对应关系。(1)在轧前预热过程中,通过调控钛层的晶粒取向,实现了对TiC层厚度的控制。当钛晶胞基面平行于钛/钢界面时,TiC层较薄;当钛晶胞基面垂直于钛/钢界面时,TiC层较厚。这是由于间隙碳原子在α钛晶胞中的各向异性扩散行为导致的。当扩散温度为750和800°C时,钛/钢界面处只生成TiC一种化合物。当扩散温度升高到850°C时,钛/钢界面处观察到了TiC与钛-铁化合物共存的现象。(2)钛/钢楔形样品轧制复合实验确定了钛/钢界面形成时对应的临界轧制变形量。当轧制变形量小于60%时,结合良好的钛/钢界面没有形成。此时钛/钢界面的剥离强度较低。当轧制变形量达到60%及以上时,结合良好的钛/钢界面形成,钛/钢界面的剥离强度升高。当轧制变形量达到60%及以上时,钛层和钢层的协同变形使得其基体组织内部发生剪切变形,这造成了钛层和钢层沿厚度方向微观组织和织构的不同。同时,在热轧复合过程中,动态再结晶在钛层和钢层启动,这导致了材料的软化。(3)本研究对钛/钢复合板中间层材料和中间层结构的控制实现了对复合板界面结构和力学性能的调控。在IF(Interstitial Free)钢作为单一中间层材料的钛/钢复合板中,IF钢/钛界面处检测到了TiC和钛-铁相,这两种化合物的共生使得复合板界面结合强度值最低。在钒作为单一中间层材料的钛/钢复合板中,在钒/钢界面检测到了连续分布的碳化钒,脆硬碳化钒的产生同样不利于复合板界面结合强度的提高。在IF钢+钒双中间层结构的钛/钢复合板中,钒/IF钢界面观察到了不连续分布的σ相,碳化物的形成被双中间层结构抑制,所以该中间层结构的钛/钢复合板界面结合强度值最高。在IF钢+钒双中间层结构的钛/钢复合板中,σ相尺寸随着轧制温度的升高而增大,且该相的分布更加连续。同时,较高的轧制温度促进了钛、钒、IF钢和碳钢组织的再结晶。因此,复合板的结合强度和拉伸强度随着轧制温度的升高而降低。(4)轧后退火处理能够软化IF钢+钒双中间层结构的钛/钢复合板,并能促进碳化钒在钒/IF钢界面析出。退火温度为450°C时,复合板组织内部发生回复。退火温度为550°C和650°C时,复合板组织经历再结晶过程。回复和再结晶的程度随着退火温度的升高和保温时间的延长而增大。退火过程中,碳化钒首先在σ相中析出并沿钒/IF钢界面长大。同时,退火过程使得界面形成了微观孔洞。钛/钢复合板的结合强度和拉伸强度随着退火温度的升高和保温时间的延长而逐渐降低。回复和再结晶引起的材料软化是导致这一现象的主要原因。同时,在钒/IF钢界面处,σ相和碳化钒的共生以及扩散形成的微观孔洞也可以降低复合板的强度。