钛-钢轧制复合理论.docxVIP

①薄膜理论

???在低温轧制复合时，特别是室温轧制复合过程中，异种金属待复合表面的加工硬化层在轧制力的作用下破裂，新鲜金属从基体内部向界面挤出并接触，从而形成连续的界面，这就是薄膜理论。薄膜理论主要用于描述低温轧制复合过程，且板材预处理过程中形成的表面加工硬化层对板材结合起着至关重要的作用。

②能量理论

???能量理论认为，异种金属的结合需要克服一定的能量。这种能量可以是临界原子扩散激活能、临界轧制变形量、临界温度等等。在复合过程中，只有当能量超过这个特定的临界值时，异种材料之间才可能实现结合。

③扩散理论

???异种金属间的冶金结合是通过原子跨界面的扩散而实现的。扩散理论认为，在一定的温度、时间、压力等条件的作用下，异种金属原子会被激活，从而可以实现跨界面的扩散。扩散的结果是形成界面扩散层或者界面化合物层。扩散理论从金属学角度解释了异种金属结合的机理，主要用于解释扩散复合过程。

④再结晶理论

???再结晶理论认为，在较高的温度条件下，金属会经历再结晶过程。在一定条件下，界面附近的异种金属原子可以实现晶体学上的重构，从而跨界面形成一个完整的晶体区域。这样，原本存在的异种金属界面被一个完整的有同一晶体学结构的区域所取代，异种金属实现晶体学上的重构。再结晶理论适用于解释热处理过程中复合板界面的演变。

???综上所述，不难看出，目前有多种理论能够描述异种金属的复合过程。但是这些理论模型都具有一定的局限性，有着其严格的适用条件。一般认为，钛、钢的轧制复合是多种复合方式和复合理论共同作用的结果。在轧前预热阶段，在温度和压力的作用下，钛和钢中的原子被激活进而发生相互扩散。此时的复合方法为扩散复合法，可以用扩散理论解释其结合过程。在轧制变形过程中，除了原子的相互扩散之外，当轧制变形量超过某一临界值时，在温度和压力的共同作用下，加热过程中界面形成的杂质层会被撕裂，新鲜的金属挤入界面，形成连续的钛／钢界面。新鲜金属表面的原子被激活，异种原子之间形成牢固的金属键结合。此时的复合方法为轧制复合法，结合过程可以用扩散理论、能量理论和薄膜理论进行解释。

???在轧制复合过程中，有多种因素都能够影响钛和钢的最终结合质量。其中，最为重要的两个工艺参数为轧制变形量与轧制温度。

①轧制变形量对钛／钢复合板组织及性能的影响

???较大的轧制变形量能够打碎钛／钢界面化合物层，有利于基体新鲜金属的流动与挤出，因此促进紧密结合的钛／钢界面的形成。研究者的研究成果表明，当轧制温度范围为850-1050℃时，钛／钢复合板的界面结合强度都随着轧制变形量的增加而增大。其中，当轧制温度为850℃，轧制变形量为18％时，复合板界面结合强度为60MPa左右。但是，在相同的轧制温度情况下，当轧制变形量增加到70%时，复合板界面结合强度达到了300MPa左右，增加率达到400%。由此可见，轧制变形量对钛／钢复合板性能的影响十分巨大。轧制变形量越大，钛／钢界面结合越紧密。

②轧制温度对钛／钢复合板组织及性能的影响

???轧制温度主要通过影响钛／钢复合板界面化合物的种类及厚度来影响复合板的结合强度。通常，温度越高，界面化合物种类越多，化合物层越厚，复合板界面结合强度越低。在镍中间层的钛／钢复合板中，当轧制温度为760℃时，复合板界面结合强为440.1MPa。此时，在镍／钢界面处没有观察到明显的化合物层，在镍／钛界面处检测到了TiNi3,TiNi,Ti3Ni相的存在。随着轧制温度的升高，镍／钛界面化合物层增厚，这严重削弱了复合板界面的结合强度。