服役温度对TA2/Q235爆炸复合板剪切强度的影响

发布时间：2021-10-23 21:58

　　通过热处理模拟TA2/Q235爆炸复合板服役过程,揭示服役条件对复合板组织及剪切性能的影响规律,探讨剪切损伤机理,明确TA2/Q235服役温度范围。结果表明:服役温度大于200℃时,服役温度越高或服役时间越长,TA2/Q235爆炸焊接复合板剪切强度越低; TA2/Q235爆炸焊接复合板高温服役时结合强度降低的主要原因是界面结合区组织的二次再结晶及金属间化合物的进一步长大; TA2/Q235爆炸焊接复合板适合在500℃以下长时间服役,500～600℃服役时间不能超过7天,若提高该材料服役温度到500℃以上,必须严格限制复合板结合界面金属间化合物的形成。 

【文章来源】：金属热处理. 2020,45(04)北大核心CSCD

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

不同服役条件下TA2/Q235爆炸复合板的剪切断口

剪切强度是评价复合板性能的重要指标。按照GB/T 8546—2007《钛-不锈钢复合板》的要求，钛/钢爆炸复合板剪切强度应大于140 MPa，生产企业通常要求剪切强度高于180 MPa。图3为TA2/Q235复合板在不同服役温度下剪切强度随服役时间的变化规律。由图3可见，服役温度越高，残余应力释放得越快，加工硬化程度越低，复合板剪切强度越低。200℃和400℃服役0.5～168 h后，复合板剪切性能均能满足GB/T 8546—2007及企业要求。200℃服役时，由于时效强化作用，TA2/Q235复合板剪切强度随着服役时间的延长略有升高。服役温度提高到400℃时，残余应力进一步得到释放，剪切强度随着服役时间的延长而降低。但在此温度下TA2钛合金及Q235钢不足以发生再结晶，因此残余应力无法完全释放，服役24 h后，材料的剪切强度基本不变。500℃服役168 h后，结合区附近TA2钛合金和Q235钢部分组织发生了二次再结晶，出现反常长大现象，降低了界面结合强度，剪切强度为150.8 MPa，虽然能满足GB/T8546—2007要求，但已不符合企业生产需求。600℃服役24 h后Q235钢的流变组织完全消失，TA2钛合金晶粒长大，剪切强度下降为169.9 MPa，已经不能满足企业的生产需求;服役168 h后结合区附近TA2钛和Q235钢部分组织发生了二次再结晶，出现反常长大现象，残余应力完全消除，降低了界面结合强度，剪切强度低于140 MPa，不满足GB/T 8546—2007要求。由此可见，应用于反应釜、压力容器中的TA2/Q235复合板，在600℃服役7天(168 h)后存在材料失效的风险。图2 不同服役条件下远离结合区的TA2合金的显微组织

图1 不同服役条件下爆炸焊接TA2/Q235复合板结合区组织为了研究断裂机理，观察了不同服役温度下TA2钛合金一侧的断口形貌，如图4所示。图4(a)、(b)分别是TA2/Q235复合板200℃服役0.5 h和168 h的断口形貌，对比可见，在服役0.5 h后，断口上存在着河流状花样、韧窝、二次裂纹以及撕裂棱，呈现出准解理断裂的形貌;服役168 h后，断口只存在河流状花样，呈解理断裂形貌，断口形貌的转变是由服役过程中的时效强化造成的。图4(b)中还可以看到断面上有许多白色小颗粒，尺寸约为1μm，这是长时间服役后界面处析出的金属间化合物，这些小颗粒在断面上形成了弥散分布的硬质质点，有效阻止了晶界和位错的运动，从而提高了界面结合强度[6]。图4(c)为TA2/Q235复合板600℃服役0.5 h后的断口形貌，断面仍呈准解离形貌，解理面上分布着少量细小的金属间化合物颗粒;图4(d)为TA2/Q235复合板600℃服役168 h的断口形貌，断面上韧窝增多，解理面上分布着短棒状的金属间化合物，大的尺寸可达1μm。由此可见，600℃服役168 h时，不但TA2/Q235二次再结晶，金属间化合物尺寸也长大，这是剪切强度降低的主要原因。由此可见，若提高TA2/Q235爆炸焊接复合板服役温度到500℃以上，必须严格限制复合板结合界面金属间化合物的形成，避免金属间化合物在服役过程中聚集长大降低材料的使用性能。

【参考文献】：
期刊论文
[1]退火温度对TA2/Q235爆炸复合板组织性能的影响[J]. 姚沛文,杨洪波,刘环,邵明增.  金属热处理. 2019(11)
[2]热处理工艺对爆炸焊接TA1/Q345R复合板残余应力分布影响[J]. 沈春豫,樊科社,李莹,梁珊珊.  金属热处理. 2019(08)



本文编号：3453987