两种或两种以上金属结合制得的金属复合板已广泛应用交通、石化、电力能源及日常生活等领域。金属复合板制备方法多样,其界面结合强度和使用可靠性是制约服役安全性和推广应用的重要因素。与单一均质材料相比,金属复合板由于材料差异和界面存在导致其力学分析和质量保障更加复杂,是制造工艺优化和提升质量的难点,迄今未能很好解决。本文以冷轧成型和爆炸成型两种工艺获得的304L/533B复合钢板为对象,利用纳米压痕仪、原位拉伸试验和有限元模拟等方法,系统研究了复合钢板界面及其微区的力学性能和失效破坏机理。主要研究工作和结论如下:(1)304L/533B复合钢板界面微区的组织特征及分布规律。采用光学显微镜、扫描电子显微镜观、透射电子显微镜、能谱分析、纳米压痕仪等手段,研究分析了冷轧成型和爆炸成型304L/533B复合钢板界面微区的组织特征、微观缺陷及成分分布。结果发现:冷轧304L/533B复合板结合界面平直,且覆板近界面晶粒发生压缩变形而形成织构组织;304L/533B爆炸复合钢板界面呈周期分布的波形,且覆板和基板界面材料均有明显重结晶及相变现象,在覆板中析出碳化物,基板界面处形成脱碳层。相比而言,304L/533B爆炸复合钢板界面微区的压缩变形与析出碳化物导致覆板界面材料硬度提高,碳化物析出相使覆板界面材料中的硬度提高至304L原始硬度的两倍,而脱碳层中相变为铁素体组织,使得基体材料硬度显著降低。(2)304L/533B复合钢板界面微区的强度及破坏机理。采用扫描电子显微镜+原位拉伸试验台研究了不同成型工艺304L/533B复合钢板界面微区的强度,进一步结合数字图像相关方法(DIC),获得了界面微区局部应变。研究发现:冷轧成型304L/533B复合钢板的304L/Ni界面结合强度高于533B/Ni界面的结合强度,表现为拉伸载荷作用下微裂纹首先在533B/Ni处形成,随后沿着界面扩展至断裂。爆炸成型304L/533B复合钢板的基板脱碳层是其薄弱点和失效起源点。对比两种成型工艺所得复合钢板,任意加载方式下冷轧复合钢板的界面结合强度均大于爆炸复合钢板的界面结合强度。同时,爆炸复合钢板界面处的夹杂、气孔等缺陷并未对界面强度产生明显影响。(3)不同工艺成型304L/533B复合钢板的宏观力学行为及影响因素。采用不同工艺成型304L/533B复合钢板的拉伸强度实验结合有限元模拟,分析研究了界面几何形状、尺寸与力学常数的影响。研究表明:不同成型工艺复合钢板试样的覆板体积比均直接影响其抗拉强度与极限应变,且随着覆板体积增加抗拉强度逐渐减小而极限应变则逐渐增加。进一步,基于权函数法建立了几何尺寸相关的微试样拉伸曲线与标准试样拉伸曲线的关系式。非线性有限元模拟分析表明,平行于双金属界面的方向加载时,爆炸成型304L/533B复合钢板的界面波谷处是应力最高点。进一步分析获得了复合板的厚度、界面波高与波长、覆板弹性模量与屈服强度等参数均对界面强度和应力分布的影响规律和界面强度优化。