摘要
钛/钢复合板兼具钛和钢的优势，具有广阔的应用前景。复合板的界面组织与其力学性能紧密联系，但界面组织调控一直是相关研究的难点。为此，本文采用EBSD、BSE、EDS、TEM等多种方法，对热轧态TA2/Q235复合板界面组织进行了精细表征，系统研究了界面组织在热处理过程中的演变行为，探究了界面组织与力学性能的关系。论文的主要研究内容及结果如下： 首先，对热轧态复合板的界面组织进行了多维多尺度表征。近界面处钛层和钢层的基体组织呈现明显差异，钛层大部分晶粒呈等轴状，再结晶区域占比为71.2%；而钢层组织呈现层状特征，大部分晶粒为沿RD方向的拉长状，再结晶区域占比仅10.5%。复合界面平直，界面上形成了少量TiC，呈岛链状分布，较高比例的α-Ti/α-Fe直接结合界面使复合板具有242 MPa的高拉剪强度。拉伸变形时紧密结合的界面保证钛/钢双金属协同变形，复合板拉伸强度为438.7 MPa，断裂延伸率为28.7%，表现出了良好的强塑性匹配。 进一步，系统研究了复合板界面组织在热处理过程中的演变行为。热处理时间同为 1h 条件下，温度≤550℃时，界面组织变化不明显；600℃-650℃时，钛层基体组织更易发生再结晶，界面的TiC少量增加；850℃-900℃时，钢层晶粒通过高温奥氏体化变得均匀，但钛层晶粒明显粗化，高温还促进界面形成较厚的 TiC层；950℃时，钛层晶粒转变为粗大板条状，界面形成了TiC、FeTi、Fe2Ti混合化合物层以及厚β-Ti层。900℃-950℃之间10min高温短时热处理结果表明：900℃界面仅形成TiC，TiC层能有效阻碍元素跨界面扩散；随着温度的升高，Fe元素能跨界面扩散促进β-Ti层的形成；温度继续升高，界面TiC发生分解，Fe-Ti相形成。 通过力学性能测试发现，热处理能有效提高复合板的延伸率，但高温会促进界面脆性相体积分数增加并降低结合性能。650℃热处理后断裂延伸率为40.3%，结合强度为220 MPa；850℃-900℃热处理后，延伸率相比热轧态有所增加，但界面TiC层的形成导致结合强度低于160 MPa；950℃热处理后，钛层在形变量仅3.1%时就发生断裂，且界面混合化合物层的形成导致结合强度低至77 MPa。因此，热轧和热处理时温度都应控制在低温区，以促进较大比例的α-Ti/α-F e界面形成，避免界面形成连续的化合物层。
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