1100/7075铝合金复合板界面结构与性能研究

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多组元金属复合板能够综合其组元金属的优势性能而比单一板材拥有更加适合工业应用的优异综合性能。累积叠轧(Accumulative Roll Bonding,ARB)作为一种剧烈塑性变形工艺,为层状金属复合材料的构造、制备与加工提供了可靠途径和新的思路。本文选用力学特性差异较大的1100纯铝及7075铝合金作为复合板的组元金属,利用高温ARB工艺制备出不同厚度比及层数的1100/7075铝合金复合板,通过光学显微镜,扫描电镜及电子背散射衍射等设备分析了复合板的宏观界面结构以及微观组织演化过程,着重研究了轧制复合工艺、冷轧工艺和退火热处理工艺对复合板组织及力学性能的影响规律。主要研究结果如下:高温ARB工艺有效抑制了变形时复合板组元金属塑性失稳行为,复合板经4道次ARB循环后依旧保持平直连续的界面形貌。随着后续经3道次冷轧75%变形量后,7075厚度占比较小的1100/7075(47%)复合板的界面随层数增加逐渐出现塑性失稳现象,并在20层后其7075铝层出现严重颈缩及断裂行为,导致复合板的承载能力下降而使复合板的强度降低。而7075厚度占比最大的1100/7075(84%)复合板随层数的增加,其界面均保持平直连续状态,且其拉伸强度逐渐增加。通过改变冷轧轧制道次,有效抑制了1100/7075(47%)复合板冷轧过程中塑性失稳现象的发生,并显著改善了其力学性能。经6道次冷轧75%得到的1100/7075(47%)复合板获得了相对平直的界面结构,经实验结果表明复合板拥有平直连续的界面结构时,其力学性能优于严重颈缩断裂的波浪状界面结构。通过改变冷轧工艺,结合退火处理制备了具有平直界面形态以及不同再结晶程度的1100/7075(47%)复合板。并通过合理调控再结晶程度,在350℃/20 min退火条件下,具有更多亚结构组织以及细小等轴晶组织的多道次(6道次)轧制复合板获得了最佳的强-塑性结合,即优异的综合力学性能。对不同厚度比及层数的1100/7075复合板弯曲断裂行为的研究结果表明,在相同层数及不同厚度比条件时,弯曲韧性随1100铝层厚度占比的增加而逐渐提高,这是由于软层厚度的增加使得裂纹扩展至软层时出现具有一定长度的内部水平断裂韧带,即中性面,使得裂纹多次偏转或钝化以改善材料韧性。在相同厚度比及不同层数条件时,随着层数增加,弯曲韧性逐渐提高,结合弯曲曲线及断裂形貌特征表明,多层结构使得裂纹扩展过程多次偏转-止裂行为的发生是其韧性得到改善的主要原因。此外,界面分层也提供了额外的增韧作用。
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