退火处理对铝复合板力学性能的影响.doc

退火处理对铝复合板力学性能的影响摘要： 在本文中，评价了退火温度和时间对铝复合板力学性能和粘结强度的影响，试验结果表明在一个最佳的退火温度和时间在融覆层和基体金属之间获得一个合适的成形性和粘结强度。在这个退火时间和温度下，各层的紧密接口处金属间化合物层被最小化。 1. 前沿 铝覆钢板是优良的复合材料，它利用刚优良的强度、经济性和铝的耐久性相结合。铝包的方法是覆铝最可取的方法之一，因为它提高了表面层的耐腐蚀和成型性，爆炸焊接和轧制方法是众所周知的铝覆钢板的制作工艺，爆炸焊接的高成本对这种制作工艺有很大的限制。 在轧制方法中，一层刚位于两层铝中间，然后迅速轧制粘合成为三层复合板。因此各层金属之间创建了有效变形结合力，在众多参数中，金属表面的制作是控制键形成的最重要的因数之一。因此，对每种金属的结合，一个最佳的表面制备方法已被发现。钢和铝表面的除油和洗刷处理创建层之间的高粘结强度。 在轧制过程中存在加工硬化现象，因此复合板必须经过退火处理以获得良好的成形性。退火过程应小心的控制，因为钢和铝的接口形成的脆性金属间化合物会降低金属的粘结强度。一般而言，金属间化合物的厚度为35um时粘结强度不会下降，但当厚度增加到10um或以上时粘结强度就会下降，而使复合板的使用性能下降。此外 在本次调查中，由上述复合板的热处理现象，研究退火时间温度对复合板力学性能的影响，通过降低各层金属表面间相的厚度以期获得良好的成形性和粘结强度。2.试验程序2.1试验材料和冷轧实验 这个冷轧焊实验在实验室20吨承载能力的冷轧机上进行。轧辊直径为150mm，轧制速度是42.5转/min，相应的圆周速度为362mm/s，在焊接过程中，记录轧制时的负荷。在实验过程中以下两种材料被用到：退火铝（Al 1050)和中碳钢（ST37)。从冷轧板上得到的初始材料分别尺寸为1050.5mm和1051mm。松散的铝/钢/铝复合板在制备之前先用冷压焊处理后再用脱脂和刷光材料表面处理，然后，三个金属条放在紧靠其他四个精密表面的地方。对于这种金属的结合，一系列的轧制实验通过轧制减少材料厚度5%-50%。2.2剥离实验铝复合钢板的粘结强度通过由ASTMD1876的剥离实验进行测试。图1显示了测试试样的标准尺寸，这个实验在十字头速率为2mm/min的Instron机器上进行。在此实验中剥离工作由以下方程计算： UP=FX/wF代表剥离力，X为十字头移动1cm裂缝的伸长量，w为试样的宽度。在在这个测试过程中，在剥离实验里得到大量的UP，然后计算UP的平均值，这个量可用作金属间粘结强度的标准量 图.1 剥离实验样品的标准尺寸2.3 热处理 这个铝复合板经冷轧后厚度减小50%，然后分别在450度、500度、550度、600度的条件下退火1到16个小时这个退火试验在一个偏差为上下各5度的炉子中进行。 2.4 弯曲实验弯曲实验根据ASTM-A463-77标准进行测试，标准试样的双弯曲在室温下弯曲180度，弯曲半径是双金属材料的两倍，弯曲之后检测双弯曲表面没有裂纹和剥落的复合板具有高的弯曲强度和成形性。因此这个实验可作为检测金属层间的粘结强度是否合格的试验。3 结果和讨论3.1 粘结强度 图2显示铝三层复合板厚度减小时粘结表面粘结强度的影响。由这个图克看出粘结强度随厚度的减小而增加，这个现象是由于随着复合板厚度减小、接触压力增大和接口处重叠表面的增多。此外，只有达到一定的临界变形，才会发生粘结，超过这个金属结合的临界值时，粘结强度随变形迅速增加。观察图2可知，铝、钢轧制结合的临界变形是厚度减少量的10%。 图.2 铝/钢/铝复合板厚度减少量对剥离工作的影响图.3 450度时退火时间对铝复合板UTS的影响3.2 退火对力学性能的影响 3.2.1 在恒定温度下退火时间的影响 用铝复合板在恒定温度下不同退火时间的应力-应变曲线检测不同样品的U.S.T和屈服强度和伸长率。例如，复合板在450度下退火1-16小时的U.S.T屈服强度和伸长率分别显示在图3-5。当考虑到图3.图4时，可观察到复合板的在450度退火1.5-5小时过程中其U.S.T和屈服强度增加了，随后，恒定温度下随退火时间的增加而降低。同样的，图5显示了该复合板在450度退火1.5-5小时范围内伸长率的下降，并在5小时后又上升。这个图像可归因于铝复合钢板退火时间在1.5-5小时和退火时间增大到16小时的国度时效。图.4 450度时退火时间对铝复合板屈服强度的影响图.5 450度是退火时间对铝复合板伸长率的影响 3.2.2 在恒定时间下，退火温度的影响 图6-8显示退火时间对铝复合钢板力学性能的影响。图6.图7表明，温度小于525度时，铝复合板的UTS和屈服应力随退火温度上升而增加，但当温度高于525度时这些性能随温度上升而下降。伸长率随退火温度升高到525过程中不断减小，随后咋温度升高到600度的过程中又不断增大。这个现象也许解释在退火温度升至600度过程中的过时效。图.6 退火时间为2.5h时退火温度对铝复合板UTS的影响图.7 退火时间为2.5h时退火温度对铝复合板屈服强度的影响 图.8 退火时间为2.5h时退火温度对铝复合板伸长率的影响图.9 铝复合板450度下退火2h弯曲表面的显微照片图.10 铝复合板450度下退火5h弯曲表面的显微照片图.11 铝复合板450度下退火16h弯曲表面的显微照片3.3 退火处理对粘结强度的影响 检测微粒退火处理对粘结强度的影响，用在不同时间和不同温度下的退火样品来做弯曲实验图9-11显示铝复合钢板在450度下分别退火2h.5h.16h时弯曲表面的显微照片，由图9.图10，退火2小时和5小时的样品的弯曲表面显现出微裂纹，这归因于轧制变形中产生的建工硬化的影响。在目前的工作中，这个现象可以通过退火处理消除。因此这些样品不具有良好的成形性。然而，从图11可以看出，退火16小时的弯曲样品没有显示复合金属的裂纹和剥落。此外，因为样品的退火温度小于金属间化合物的成型温度（500度），层间的金属间化合物相得厚度小（小于4nm）。所以这个样品显示良好的成形性和弯曲强度。图.12 铝复合板450度下退火16h时铝与钢接口表面的显微照片图.13 铝复合板500度下退火2h时弯曲表面的显微照片图.14 铝复合板550度退火2h时弯曲表面的显微照片图.15 铝复合板600度退火2h时弯曲表面的显微照片图.16 铝复合板600度下退火2h时铝与钢接口处的显微照片 图13-15显示铝复合钢板分别在500度、550度、600度、退火2小时的弯曲表面的立体显微图片。正如图片中所观察到得那样，复合金属样品弯曲表面含裂缝、撕裂和剥离。此外，在恒定的退火时间下这些缺陷随退火温度的增加而增大。这些缺陷可归因于材料在接口层的彼此扩散以及金属间化合物相得生长，这些想象都在预期之中，因为样品的退火温度显著大于金属间合金的成型温服（500度），因此，正如图16 所示，金属间化合物的厚度大于10um.4.总结 1、钢与铝的冷轧复合的临界变形量是总厚度的10% 2.