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1.1前言

从人类使用材料的历史可以看出,每一种重要材料的诞生及使用都会提高人类改造和支配自然的能力,使得人类生活及社会生产力发生日新月异的变化。

从表1.1中人类所使用材料时代的时间表可知,人类在过去使用材料的历史,也可以说是人类在进化和进步的历史。

钢铁材料具备塑韧性好、强度高及优良的加工性、焊接性和环境兼容性等多种优点,因此,钢铁材料广泛地应用在国家建设和人民生活的发展中。

并且钢铁行业历经近代的快速发展,已经上升到很高的水平。

我国钢铁工业的持续增长有力地推动了我国经济的发展,并且国内自主生产的大批量高端钢铁材料为经济发展中用钢产业提供了有力的保障。

工业制造对钢铁材料的需求量日益剧增,且各行各业对钢铁材料性能的要求也不断提高,因此促进了人们对新型双金属复合材料的研究及开发。

1.2复合材料概述及发展状况

根据国际ISO组织的定义,复合材料是由物理化学性质不同的两种或两种以上的材料通过某种复合工艺制造而成的新型材料。

通过复合材料中复材与基材之间的相互协同、取长补短的作用,可综合复材与基材各自的优良性能,并完善单一组成材料的使用性能。

因此,复合材料的诞生和发展,是材料历史上的一个重大突破。

可以肯定,如果把材料用作为历史的分界点,那么当今21世纪必定是快速发展和应用复合材料的新时代。

1.2.1双金属复合材料的发展现状

金属基复合材料的出现和发展,大大地改善及拓展了传统单一金属材料的性能及使用范围。

金属基复合材料比传统的单一金属材料有更高的比张度、比刚度、比强度,较好的延展性、耐蚀性、耐磨性等,这些可设计的优良性能使得金属基复合材料的诞生后就成为新型材料家族的重要一员。

金属基复合材料是以一种金属或者合金作为基体材料,以第二种不同物理、化学性能的材料作为复层增强性材料,并利用复合技术将其进行结合的一种新型复合材料。

其中,双金属复合材料既有作为基体材料钢的易加工性及经济性,又兼有作为复层材料的其他金属的高耐磨性、高耐蚀性、热传导性、导电性好、抗高温氧化等多种优点,可替代现有的传统的单一钢铁材料。

如不锈钢-碳钢复合钢板可作为单一不锈钢的替代材料,可节约70%~80%的镍、铬等贵重元素,且其成本仅为同等厚度的纯不锈钢板的50~70%,这对我国缺乏镍、铬资源的国家来说有着重大意义和社会效益。

从20世纪80年代开始,美国每年花费10亿美元来用于专门对新型材料的研究和开发,且对双金属复合材料的研究是其重点之一[10]。

双金属复合材料已在美国、欧洲、日本等发达国家大规模制造生产并广泛应用于石油化工、国防建设、航空航天等领域。

而我国对双金属复合材料的研究则比较迟缓,直至1968年,在"爆炸大王"陈火金等同志的不懈努力下,在大连造船厂通过爆炸复合工艺成功研制出我国第一块双金属复合钢板。

随着冶金、化工等经济支柱性产业的迅速发展,如矿山机械、煤炭采运、石油化工、建材装饰、船舶工程等对耐磨钢-钢、不锈钢-钢等一系列复合钢板的需求倍增,如矿山机械用轨道、煤炭采运用选煤机械、石油天然气输送管道及船体、结构件等。

目前,发达国家都在积极地对双金属复合钢板进行研究和开发,如日本金属工业公司已开发了不锈钢—铝、不锈钢—钛、镍—铝等一系列复合钢板的新品种,为钢铁行业带来了显著的经济效益。

我国也正在积极努力地研制和生产双金属复合钢板。

2011年6月,由国家发展计划委员会及科学技术部等权威部门联合发布的《当前优先发展的高科技技术产业化重点领域指南（2011年度）》,其中确定了双金属复合钢板的优先发展地位以推进高新科技产业的发展,并指出双金属复合钢板将朝着机械自动化进一步发展。

表1.2中所示为常见双金属复合钢板的主要性质及用途[15]。

表1.2常见的双金属复合钢板的主要性质及用途

复材

基材

主要性质

主要用途

不锈钢

铜

装饰效果、焊接性、热交换性

建筑材料、炊具材料、电力电器等

钢

铝

轻质量、耐腐蚀、装饰性

汽车装饰板、过渡接头、电解槽、轴瓦电解铝、航空航天、仪表仪器等

铜

低碳钢

基材经济性、热传导性、表面易压缩、易焊接加工

电器接点、电器开关等电器制品、化工、汽车行业等

蒙内尔合金

低碳钢

耐腐蚀、基材经济性、热交换性、均一性

化工设备

不锈钢

低碳钢

耐蚀性、加工性、基材经济性、装饰效果耐蚀性、焊接性、热传导性等

餐饮器具、化工业、压力容器、结构钢管、生物工业及医用等

耐磨钢

低碳钢

耐磨性、加工性、基材经济性、焊接性

矿山机械、石油化工、结构件、电力行业等

1.2.2双金属复合钢板的制造方法

至今,我国复合材料的总产量继美国、日本之后,且国家也继续将高性能的复合材料作为发展重点。

2014年11月由中国钢铁工业协会、中国金属学会主办的2014年钢铁行业技术创新大会也表明了未来10年钢铁行业技术的发展目标及方向,且强调指出了对金属复合材料的品种、成型方式及工艺技术的创新性研究将会进一步推动我国钢铁材料的发展,继续保持钢铁材料作为基础原材料的主导地位,提高世界钢铁工业的竞争力。

目前,我国以工业大规模制造双金属复合钢板的方法主要有轧制复合法、爆炸焊接-热轧法、铸造复合法及电磁连铸复合法等。

一、轧制复合法

轧制复合法是指两种或两种以上不同物理、化学性能的金属（基材与复材）通过轧机的压力使它们在整个接触表面上,相互牢固地结合在一起的加工方法。

轧制复合生产的板带材,具有比组成材料更好的特殊性能。

工业上稳定大批量地生产双金属复合钢板,一般都是采用轧制复合法生产宽幅、大尺寸复合钢板,轧制复合法是一种有效的、主流的生产方法。

轧制复合可以通过轧机在高温下的热轧、常温下的冷轧、真空下轧制以及不同辊速轧制等。

其中,热轧复合法是将基材与复材经表面处理后叠合并焊接其四周,加热到一定温度后再进行轧制结合的工艺。

轧制过程中,在大的塑形变形作用下,使得基材与复材完成金属及冶金结合,从而得到一定形状与尺寸的金属复合钢板[19]。

热轧复合法的基本特点有可以对单块复合组坯进行热轧复合,也可对多块组坯进行大批量生产,且对轧机的要求不是很高,可以进行大型复合钢板的生产。

冷轧复合法则是直接将复材和基材叠合轧制。

1956年,美国率先提出以表面处理、轧制复合以及热处理退火强化处理的"三步法"冷轧复合工艺[20]。

冷轧复合法与热轧复合法相比较,冷轧复合需要的更大的首道次压下率,一般要都要达到60%~70%左右,甚至更高。

通过较大的压下率使得双层金属产生结合,然后再进行扩散热处理退火工艺,使冷轧复合板得到强化。

异步轧制法是指线速度不相等的两个工作辊在一起轧制金属的生产技术,也被称为不对称轧制。

异步轧制复合法是我国从1962年开始研究以发展我国薄板工业,其轧制精度高、压力低等特点,适合轧制薄板及带材,通过改变工作辊的转速或辊径可实现异步轧制。

真空轧制复合法是指在真空中进行的热轧复合的一种轧制方法。

最早是俄罗斯于1953年开始研究在真空中进行加热轧制金属的试验,紧接着美国、日本也对真空轧制复合法进行研究。

在真空下进行热轧,使得金属表面不被氧化,促进轧制过程中金属的冶金结合,进而在真空下脱气后得到干净表面的轧制复合钢材。

但是,真空轧制复合法还未实现普遍生产的应用[24],是因为难以满足真空轧制复合法所需的最低真空度（10-5~10-6Pa左右）及非氧化气氛设计的要求[24]。

二、爆炸焊接-热轧法

爆炸焊接-热轧法是指先通过爆炸焊接将基材与复材连接好后,再使用热轧法生产所需规格复合板的方法。

这种方法是结合爆炸焊接法及热轧轧制法两者的优点而发展起来的一种新的复合技术,采用此方法生产复合板是70年代从国外发展起来的一项新技术[25]。

其不足之处在于生产效率低、复合板成品质量不合格,且对解决存放炸药、选择爆炸地点、处理噪音、保障人身安全及环境的污染等众多问题而使得这种方法不易被推广使用。

三、铸造复合法

先在两块基材钢板中间夹层涂上剥离剂后叠合,再焊合板材四周,然后在铸模内与复材金属液进行组合,待液态金属凝结后通过轧制,最后裁去多余的边角,即可得到所需的两块复合钢板。

铸造复合法是将铸造法与轧制法结合起来的一种新型复合技术,借助液相的高温作用及轧机的轧制压力,能实现较高复合强度。

20世纪80年代,我国东北大学率先开展了对铸造轧制复合法的研究。

此法可实现连续生产、效率高、工艺简单、成本低,但因两种金属的熔点不同而易引起结合部位的熔损,在此方面还需进一步完善。

四、电磁连铸复合法

电磁连铸复合法由于工艺复杂,目前仍处于研究中。

如图1.2所示,首先将两种化学性质不同的液态金属分别注入结晶器中,结晶器下部的水平磁场产生的洛仑兹力会阻止两种液态金属的混合,同时以水平磁场为分界,结晶器熔池被分为两个部分。

待液态金属冷却凝固后,即可得到连铸复合板。

复合板的外层金属由上部熔池的液态金属凝固而成,复合板的内层金属则由下部熔池的液态金属凝固而成。

1.2.3双金属复合轧制机理

国内外许多学者对热轧复合法轧制双金属复合板的过程作过系统的研究,得出双金属界面结合的作用机制为裂口作用机制和薄膜理论。

在轧制前对双金属表面处理的过程中,会在金属表面形成氧化层及加工硬化层,随着轧制过程的进行,塑性差的氧化层和硬化层被压碎破裂后,界面两侧的新鲜金属从氧化层和硬化层破裂的缝隙中露出,相互接触后完成冶金结合。

只有在足够压力下才能在双金属表面达到一定宽度的裂口,双金属才发能实现良好的冶金结合,因此金属界面的结合需要一定的临界变形率。

文献中还指出,在高温热与压力的共同作用下,金属层状复合材料的结合过程包括三个阶段:

第一阶段是两种金属材料之间的物理接触形成过程,即金属在轧制压力的作用下产生塑形变形,使得在整个双金属接触面上相互接近到可以发生物理作用;第二阶段是双金属材料之间的化学相互作用过程,即接触的金属表面激活并形成化学键,并实现双金属的冶金结合;第三阶段是相互扩散的过程,即双金属中的金属原子在已形成结合面上发生相互扩散,提高双金属复合材料的结合强度。

此外,必需在一定的能量下才会满足双金属界面结合作用机制的结合条件,因此,要求两种金属组元具有一定的应力和应变。

1.2.4影响结合强度的主要因素

以两个均匀相为分界的双金属复合界面,是复合材料中特有且重要的组成部分。

复合界面的存在,通过物理及化学等多方面的作用使得双金属复合形成性能优异的双金属复合材料。

通过对复合金属的表面处理,促进双金属的物理接触,从而达到双金属复合板材在轧制复合过程中良好的界面结合。

因此,轧制复合前对双金属表面进行表面处理是非常有必要的。

文献中介绍了多种复合板轧制界面处理方法,通常采用先酸洗,再用钢丝刷、砂纸等清理金属板表面。

1.3磨损及金属耐磨材料概述

材料在使用过程中会因磨损、腐蚀及断裂等而产生失效。

其中,因磨损而造成的经济损失是巨大的。

因此,耐磨材料被广泛应用于各种耐磨条件下。

其中,耐磨钢广泛地应用于矿山机械、煤炭采运、工程机械、农业机械、建材、电力机械、铁路运输等磨损尤为严重的行业。

因此,研究和发展以成本较低的基体材料生产复合耐磨钢板以代替成本较高的耐磨钢,节省耐磨材料的成本,对国民经济有重要的意义。

1.3.1磨损的分类及机理概述

1957年英国物理学家鲍威尔将磨损分为四大类。

磨料磨损是由于磨料的机械作用而引起材料表面产生损耗的现象。

材料发生磨料磨损后在材料表面上会出现明显的犁沟或切削划痕,并产生条状或切屑状的磨损物。

磨料磨损有许多种分类,可分为低应力磨料磨损、高应力磨料磨损、凿削型磨料磨损、冲击磨料磨损、冲蚀磨料磨损等。

粘着磨损是在两个物体接触时在表面产生滑动摩擦而引起材料磨损的现象。

粘着磨损的主要特征是会在磨损的材料表面上会出现细小的划痕,材料表面发生擦伤,并产生片状或小颗粒状的磨损物。

疲劳磨损是日常生活中最为普遍的一种磨损形式,也称为接触疲劳磨损。

在循环周期的接触载荷或交变应力的作用下常会使机器零件表面产生疲劳磨损,如轧辊、车轴、滚动轴承、齿轮等。

材料发生疲劳磨损时,材料表面上会出现点蚀、断裂等现象,并产生块状或饼状的磨损物。

腐蚀磨损是指材料在磨损的同时与周围的腐蚀介质发生化学或电化学反应而引起材料损失的现象,是材料受腐蚀和磨损综合作用的过程。

腐蚀磨损的主要特征是在磨损表面会出现化学反应膜或光滑的小麻点,腐蚀磨损包括化学腐蚀磨损和电化学腐蚀磨损。

1.3.2金属耐磨材料的分类及概述

金属材料是在各类耐磨材料中应用最广的一类的耐磨材料。

金属耐磨材料可分为耐磨钢、耐磨铸铁、有色金色和硬质合金。

由于耐磨钢具有一定的耐磨性,同时还具备高强度和高韧性,因此,耐磨钢是应用最为广泛,可用于各种磨损工况下的耐磨材料。

其中,耐磨钢按合金含量可分为高锰耐磨钢和合金耐磨钢。

1882年,由英国冶金学家哈德菲尔德（R.A.Hadfield）制得含Mn为10~14%,含C为0.9~1.5%的高锰耐磨钢,简称高锰钢,其牌号为ZGMn13,常见高锰钢的力学性能如表1.3所示。

高锰钢作为矿山冶金、电力、煤炭、建筑等各种用钢重工业中的耐磨钢材,并成为传统的耐磨材料。

合金含量小于5%的合金钢被称为低合金钢,当合金含量在6%~8%被称为中合金钢,当合金含量大于8%则被称为高合金钢,主要合金元素有Mn、Si、Cr、Mo、Ni、B、V等。

其中,低、中合金耐磨钢是具有很大发展前途的一种耐磨钢材料。

因其具有较高的硬度和优良的强韧性、耐磨性以及良好的淬透性,生产灵活易加工,且成本不高,低、中合金耐磨钢得到广泛的应用和推广。

我国常用的低、中合金耐磨钢主要有45Mn2合金结构钢,GCr15高碳铬轴承钢,50CrMn中铬锰弹簧钢,ZG30Cr2MnSiMoTi铸钢等。

1.3.3高强度耐磨钢概述

高强度耐磨钢是从高强度的低合金钢的发展而来的,通常含有1%~3%的合金元素,主要是Mn、Si、Cr、Mo、Ni、V、Ti、B、Re等合金元素,表1.4中所示为国外常见高强度耐磨钢的牌号及化学成分。

其中,碳元素是影响耐磨钢组织与性能的主要元素,可以最经济有效地提高耐磨钢的硬度,且耐磨钢的抗拉强度、硬度、屈服强度均会随着碳元素含量的增加而增强,但为了进一步提高硬度和改善其韧性还须添加合金元素。

锰元素作为主要合金元素之一,可提高耐磨钢的淬透性、强度和耐磨性,并且锰矿资源丰富、价格便宜。

硅元素可以在冶炼过程中脱氧,并改善马氏体耐磨钢的回火稳定性。

铬、钼元素均可提高耐磨钢的淬透性、回火稳定性、强度、硬度及耐磨性,但其价格较高。

具有良好耐磨性能的高强度耐磨钢,不仅强度高、硬度大、韧性高、使用寿命长,且生产工艺简单,通常采用轧制后直接淬火加回火得到马氏体组织,或者通过在轧制过程中进行控轧、控冷等工艺。

高强度耐磨钢广泛应用于矿山机械、煤炭采运、工程机械、农业机械、建材、电力机械、铁路运输等方面,可以满足大型工程机械设备在恶劣环境下的工作使用要求,其强度一般在1000MPa以上。

目前,国外有名的生产高强度耐磨板的有:

瑞钢奥隆的HARDOX系列,日本JFE公司生产的EH系列,德国蒂森公司生产的XAR系列等。

目前,高强度耐磨钢在我国已广泛地应用并取得很大的发展,如舞钢、武钢、鞍钢等钢厂生产的NM系列、B-HARD系列等,强度能高达HB500。

1.4本文研究内容及研究意义

目前,高强度耐磨钢在我国已广泛地应用并取得很大的发展,不仅开发出多种系列的高强度耐磨钢,且已形成工程机械用高强度耐磨钢板的标准。

如今高强度耐磨钢的发展方向主要就是在经济性这个方面,从资源利用、节约成本、生产技术等方面着手,以提高国民经济发展。

2.2实验材料

本实验采用基材为Q235B普通碳素结构钢,屈服强度σs在235MPa左右,整体性能优异,强度、塑形、焊接等各方面性能都能达到完美的配合,广泛地应用于各种建筑及工程结构钢、模具零件等。

复材为NM450D高强度耐磨钢,NM450D钢是我国钢铁厂为满足国内市场的需求研制生产的低合金高强度耐磨用钢。

NM450D钢中含有Si、Mn、Cr、Mo等多种合金元素,其化学成分如表2.3所示,NM450D耐磨钢板强度高,屈服强度σs≥950MPa,抗拉强度σb≥1250MPa,是普通低合金钢板的3~5倍;表面硬度410~490HBW;高淬透性、高韧性,具有优良的低温韧性和抗裂性能,焊接性能、冷弯成型性能、加工性能良好,是耐磨料磨损系列中板钢种之一,其耐磨性能是Q235B的4~5倍。

NM450D高强度耐磨钢广泛应用于矿山机械、煤矿机械、环保机械、工程机械等,是目前国内矿山机械用于焊接结构件强度级别较高的钢种。

2.3实验过程及仪器

2.3.3线切割及金相试样的制备

随后采用电火花数控线切割机床（图2.2）进行线切割制样,切割时必须水冷,切割速度不宜过快。

试样切割好后,使用XQ-1型金相试样镶嵌机（图2.3）进行镶嵌处理,其额定功率为650W,加热器规格为220V,50HZ。

镶嵌的试样规格为Φ30×15mm,镶嵌时采用热镶嵌料,加热温度为120℃,保温时间为8min。

2.3.5力学性能检测实验

基于双金属复合板检测的相关国家标准,双金属复合板的结合强度是最主要的复合板性能指标。

复合钢板的抗剪强度σc、拉伸强度σt可以有效地衡量双金属复合钢板的结合强度,且便于测量,通常采用剪切实验、拉伸实验以及弯曲实验来进行测量[48]。

参照国家标准《GB/T6396-2008复合钢板力学及工艺性能试验方法》,本实验采用拉剪、拉伸、弯曲这三种方法来测试符合复合钢板的结合强度。

通过计算试样切割规格后,利用线切割设备按照示意图2.8,图2.9所示分别制作拉剪、拉伸试样,然后用WAW-1000C电液伺服万能试验机来进行拉伸、拉剪实验,用CMT5105电子万能试验机进行弯曲实验。

3.3NM450D/Q235B双金属复合钢板结合强度的影响因素

NM450D/Q235B双金属复合钢板的结合强度是衡量其复合质量的重要性能指标。

美国MetalandControlCop公司早期提出以表面处理、轧制复合以及热处理退火强化处理的"三步法"工艺制备双金属复合钢板。

此"三步法"工艺可以用于大多数双金属复合钢板的生产,本实验也遵循该工艺,本节探讨的就是"三步法"工艺中表面处理及轧制复合阶段中影响NM450D/Q235B双金属复合钢板的结合强度的因素。

其中,轧制温度及轧制道次压下率是轧制过程中起关键影响的轧制工艺参数。

3.3.1表面处理

通过对复合金属的表面处理,促进双金属的物理接触,从而达到双金属复合板材在轧制复合过程中良好的界面结合。

因此,轧制复合前对双金属表面进行表面处理是非常有必要的。

本实验中对NM450D及Q235B双金属板材试样的表面进行酸洗、脱脂,然后再用钢丝刷、砂纸等清理金属板表面,再通过机械打磨直至完全露出新鲜金属,最后用酒精冲洗干净并及时吹干。

3.3.2轧制温度对复合界面组织性能的影响及分析

轧制温度对复合板结合强度的影响很大,对轧制及热处理后两种钢材的结合强度均有影响。

NM450D/Q235B双金属在热轧复合时,界面中的金属元素会与空气中的氧发生反应生成氧化膜,然后,氧化膜在塑形变形的作用下会产生破裂,因此,NM450D/Q235B双金属复合界面中的氧化膜的破裂与再生是一个动态的过程,并且NM450D/Q235B双金属复合钢板在热轧过程中发生了动态再结晶。

随着轧制温度的升高,会加快金属的回复及再结晶程度,有利于界面处新晶核的生长和再结晶的进行,增大其塑形变形的程度,降低NM450D/Q235B双金属的变形抗力,加快氧化膜的破裂速度,提高NM450D/Q235B双金属的结合率。

当轧制温度较低时,虽然复合界面形成的氧化膜较少,但NM450D/Q235B双金属塑性变形的程度很小,氧化膜破裂的速度慢,因此双金属复合钢板间的物理结合面积就会很小。

对比a）、b）、c）可知,在单道次压下率为60%下,13#、15#试样中界面处均出现明显的分层,10#试样的界面分层不明显;对比d）、e）、f）可知,在两道次累积压下率为60%下,12#、14#试样均出现明显的分层界面,8#试样的界面扩散结合明显,界面分层不明显。

从图中还可看出,随着轧制温度的升高,晶粒的尺寸逐渐增大。

在1200℃的轧制温度下发生动态再结晶,使得晶粒尺寸继续长大。

图3.5为轧制温度为1100℃,两道次累积压下率60%的条件下的14#试样的界面缺陷能谱图,通过对其界面处缺陷进行点能谱分析,可知,复合界面处的长条状缺陷中含有O、Fe、Al、Si、Mn、K等元素。

其中,Fe元素是实验材料中的固有成分元素,高含量的O元素说明缺陷中多为O与Fe、Al、Si、Mn、K等元素的氧化物。

此外,相关文献[49]还指出,在NM450D/Q235B双金属复合坯中的Si、Mn元素,对氧化极其敏感,容易形成Si-Mn氧化物。

此外,表面处理经机械打磨后残留在表面的氧原子,在长时间的加热和保温后,会与双金属材料中的Al、Si、Mn等元素发生氧化反应,生成Al-Si-Mn氧化物薄层。

同时在复合界面两侧的氧原子在高温下会与界面附近的Fe、Al、Si、Mn、K等元素发生氧化反应生成的氧化膜,在1100℃的轧制温度下,即使有两道次累积60%的压下率也无法将这些氧化膜、氧化物薄层完全压合、破碎,这势必会对复合界面性能造成破坏性的影响。

因此,在实际生产过程中要选择合适的轧制温度以避免该缺陷的产生。

3.3.3压下率对复合界面组织性能的影响及分析

轧制道次压下率也是影响复合板结合强度的重要因素之一。

在表面处理的过程中,NM450D高强度耐磨钢与Q235B钢经机械打磨,金属表面会凹凸不平,且打磨完后,金属表面会出现一层硬化层及氧化膜。

将两块钢板组合焊接时,也会在双金属的界面处留下少量的氧,在加热的过程中,这些氧与双金属中的其他元素发生氧化反应。

在热轧复合过程中,将复合组坯放入轧机的两辊之间,复合组坯受到来自复合界面垂直方向的压力与平行方向的摩擦剪切应力,高温下在热与压力的共同作用下,复合界面的氧化膜会发生破碎,复合组坯的厚度在不断地减小。

文献[50]中对比介绍了利用Gleeble热模拟试验机进行模拟压力复合实验（仅存在界面垂直方向的压力）与利用轧机进行轧制复合实验（存在界面垂直方向的压力和水平方向的摩擦剪切应力）的双金属复合界面结合的状况。

实验结果表明,在Gleeble热模拟试验机下必须要有大变形量的压力下才能消除部分金属表面的氧化膜,而在轧机下只需一定的轧制变形量既可完全消除氧化膜。

国内外许多研究[51,52]也表明,轧制道次总压下率的大小对双金属复合轧制的复合效果有显著的影响。

在轧制温度为1200℃,轧制单道次压下率为30%、40%、50%、60%的不同条件下,即图3.4中a）、d）、g）、j）所示,可以发现1#、4#试样有明显的分界面,且分界处密集分布着数量较多、尺寸较大的黑色长条状及大颗粒状的缺陷;7#、10#试样分界面几乎没有缺陷,且出现的小颗粒状的缺陷基本对其结合率无影响。

通过计算,1#试样的界面结合率为12.1%,4#试样的界面结合率为48.3%,7#试样的界面结合率为92.3%,10%试样界面结合率为93.5%。

图3.5中为1#样界面处缺陷的点能谱分析,可知,黑色长条状及大颗粒状的缺陷中含有大量的O元素,成分为Fe、Al、Si、Mn的氧化物。

这说明,在复合界面两侧的O在高温下与界面附近的Fe、Al、Si、Mn、K等元素发生氧化反应生成的氧化膜,在轧制压下率为30%的条件下无法完全破碎,在结合界面处无法形成有效的机械结合点,对复合界面性能造成破坏性的影响。

随着道次轧制压下率的增大,界面结合率也增加;且在道次累积压下率相同的情况下,最后的轧制结合率相差不大。

通过计算得到,在不同轧制条件下,15组试样的复合界面结合率如表3.2所示。

在1200℃的轧制温度下,第一道次压下率为50%时,界面结合率较高,能高达92.3%,道次累积压下率为70%时结合率最高为99.8%。

在1200℃,不同单道次压下率的复合界面结合率如图3.6所示。

实验结果表明,随着