以超高強(qiáng)度馬氏體時(shí)效鋼和316L奧氏體不銹鋼作為材料組元,研究了在高真空度下熱壓變形量對(duì)異質(zhì)多層金屬復(fù)合材料界面結(jié)合強(qiáng)度和界面特征的影響,探索了異質(zhì)多層金屬復(fù)合材料制備的可行性。結(jié)果表明,在真空熱壓過程中,不同變形量下復(fù)合材料的界面均十分清晰并保持平直,且發(fā)生了輕微的元素?cái)U(kuò)散。由于高溫下各材料組元的流變性能存在差異,316L奧氏體不銹鋼層發(fā)生明顯的動(dòng)態(tài)回復(fù)與動(dòng)態(tài)再結(jié)晶,而馬氏體時(shí)效鋼層以變形態(tài)組織為主。將軋制和熱處理工藝組合,制備出9層和11層塊體金屬復(fù)合材料。三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,裂紋最先萌生于受拉應(yīng)力的最外側(cè),之后由于多層金屬復(fù)合材料中異質(zhì)界面的鈍化、分層、橋接等作用,延長了裂紋的擴(kuò)展路徑并消耗了更多的能量,展現(xiàn)出極佳的阻礙裂紋擴(kuò)展的能力。 

【文章來源】：金屬學(xué)報(bào). 2020,56(03)北大核心EISCICSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

異質(zhì)母材界面結(jié)合、拉伸取樣及塊體多層復(fù)合材料示意圖

圖3a為不同變形量下的MAS/316L不銹鋼復(fù)合材料的界面結(jié)合測試樣品。從圖中可知，隨著變形量的增加，界面附近“鼓肚”現(xiàn)象越來越嚴(yán)重。圖3b為不同變形量樣品拉伸后的宏觀形貌�？梢�，變形量為10%、20%、60%和80%的拉伸樣品均發(fā)生了明顯的頸縮現(xiàn)象，且都斷裂于316L奧氏體不銹鋼一側(cè)。只有變形量為40%的樣品斷裂于界面處，但是在該變形量下，316L奧氏體不銹鋼一側(cè)也發(fā)生了局部的頸縮現(xiàn)象。以上現(xiàn)象說明，2種異質(zhì)材料經(jīng)過熱壓后，界面強(qiáng)度高于316L奧氏體不銹鋼的抗拉強(qiáng)度或與其相當(dāng)。圖3c為不同變形量下金屬復(fù)合材料的單軸拉伸工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線。經(jīng)高真空熱壓后，不同變形量的樣品(40%變形量除外)均表現(xiàn)出與316L奧氏體不銹鋼相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度與塑性，這主要是由于在高真空度下2種異質(zhì)材料的界面處未形成硬脆的氧化層，兩相間的過渡界面形成了穩(wěn)定的冶金結(jié)合。同時(shí)從圖3c也可以看出，較少的變形量(如10%和20%)就可以實(shí)現(xiàn)界面良好的結(jié)合。圖3d～f為拉伸后斷口形貌的SEM像。變形量為20%和60%時(shí)，斷口均出現(xiàn)了塑性材料典型的頸縮現(xiàn)象，如圖3d和f所示，斷口以典型的韌窩特征為主。而變形量為40%的樣品(圖3e)則表現(xiàn)出脆性斷裂的特征，且在斷口上出現(xiàn)了明顯的暗灰色氧化特征。這可能是由于圓柱形樣品的端部在局部上沒有清理干凈，在高溫變形過程中發(fā)生氧化，形成硬脆的氧化層，不利于界面的有效結(jié)合。圖3 不同變形量下金屬復(fù)合材料的拉伸性能及斷口特征

圖2 不同變形量時(shí)金屬復(fù)合材料的界面特征在熱壓過程中，由于力與溫度的耦合作用，一方面會(huì)促進(jìn)界面附近異質(zhì)材料間原子的相互擴(kuò)散，另一方面會(huì)導(dǎo)致動(dòng)態(tài)回復(fù)與再結(jié)晶的發(fā)生。圖4為變形量20%時(shí)金屬復(fù)合材料界面附近的元素分布圖。由于初始材料在化學(xué)成分上的差異，界面十分清晰和平直。MAS中的Co元素與316L奧氏體不銹鋼中的Cr元素均在界面附近發(fā)生輕微的擴(kuò)散。各個(gè)元素在各自的層中均勻分布，并未出現(xiàn)明顯的偏聚現(xiàn)象。圖5為變形量為20%時(shí)金屬復(fù)合材料界面附近微觀組織的EBSD像，圖6為圖5中界面兩側(cè)不同母材顯微組織的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。從圖中可以看出，在高真空高溫加載后，MAS層因其較高的Mo含量，導(dǎo)致其不容易發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶[14]，因此經(jīng)真空熱壓后的顯微組織以變形態(tài)組織為主，而316L奧氏體不銹鋼層則發(fā)生了明顯的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，以動(dòng)態(tài)再結(jié)晶和動(dòng)態(tài)回復(fù)的組織為主[15]。同時(shí)在距離界面較近的位置，奧氏體晶粒尺寸或者馬氏體板條尺寸相對(duì)細(xì)小。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3426634