铝-钢爆炸复合板的研究
爆炸载荷下复合材料层合板的抗冲击性能
爆炸载荷下复合材料层合板的抗冲击性能随着现代技术的不断发展，复合材料得到了广泛应用，特别是在一些对材料耐用性和强度要求较高的领域，如航空、航天、建筑等。
然而，随着各类重载工业应用的推广，关于何以使复合材料承担冲击载荷的研究也成为了一种关键性的问题。
在本文中，我们探究一种基于爆炸载荷下复合材料层合板的抗冲击性能。
首先，我们需要对复合材料层合板进行定义：复合材料层合板，即由两层及以上材料组成的复合板，不同层之间分别采用不同材料进行制造，最终成为集合了各种材料优点的多层防护板。
在实际人工腐蚀环境中，爆炸火灾等极端因素的影响是难以避免的，这时若使用单一材料板子将无法满足各方面需要，因此也就要求了复合材料层合板的应用。
那么，爆炸载荷下的复合材料层合板的抗冲击性能究竟如何呢？复合材料层合板的抗冲击性能主要取决于制造方式和细节设计。
传统的加固方式是在板面上添加一个防爆网格，这样可以改善复合材料的弹性，同时提高板子的承载力，从而提高整体的抗冲击性能。
近年来，研究人员通过多方面的实验验证，进一步优化了复合材料的制造方式和加固方式，提高了板子的抗冲击性能。
值得一提的是，使用超高分子量聚乙烯（UHMWPE）制作复合材料层合板不但可以加强板子的承载力，同时具有重量轻、易加工的优点，使得这种板子越来越广泛地应用于防弹、防爆、防刺项目中。
总之，复合材料层合板作为一种重要的新材料，不仅在航空、航天、建筑等领域中得到了广泛应用，而且随着工业应用的推广，其变得越来越重要。
在面对爆炸等极端因素时，制作高质量、经过专业设计和优化的复合材料层合板至关重要，也是提高抗冲击性能的重要手段。
在现代工业环境中，复合材料层合板的应用越来越广泛，特别是在一些对材料强度和使用寿命方面要求较高的领域，如航空、建筑和军事防护等。
针对爆炸载荷下复合材料层合板的抗冲击性能，实验数据表明，不同材料组成的层合板在面对不同强度的爆炸载荷时，表现出不同的抗冲击性能。
铝／钢爆炸复合板界面的韧化作用
层状复合材料主要是通过外韧化作用，即调配
界 面 的结 合 强 度 及 其 两侧 组 元 的性 能 ，如 弹 性 模 量、强 度 等，使 层 合材 料 具有 最 佳 的断 裂 抗 力。已 往 曾对静 载下 层状复 合材 料 的外 韧 化进行 了定性 的 探 索 ，并提 出各种 外韧 化 机制 ； 有 一 些 工作 ＿ 也 ２ 试 图对外 韧化 作 出定量描 述，做 法是 测 定层 状 材料 断 裂韧性 和基 体材料 的断 裂韧 性 ，两 者相 减 即得 出 外韧 化值 。这 种方法 虽可得 到 具体 数值 ，但 这 是 静 载 下的断 裂韧 性 ，与疲 劳载荷 下 裂纹 的止裂 相差 较 大 ，且缺 乏理 论依据 。 近年来 对 金属层 合板 中两侧 组元 性能错 配 引起 的外 韧化作 用进 行 了 一 系列 理 论 分析 。ｓ ｒｓ＿ 结 ｕｅｈ］ 合 实验研 究了 弹性模 量相 同、屈服 强 度不 同的层状 材料 中垂 直界 面的疲 劳裂 纹扩展 行 为 ，对 组 元弹 塑 性 能错 配导 致 的外韧 化有 了一定 的认 识 ｌ 。但金 ４ 属层合 板 的外韧 化除组 元性 能错 配 外 ，还 和界 面作
铝 板 （ Ｙ１ ） 低碳锅 炉 钢 板 （ ０ 爆 炸 复 合而 成 。 Ｌ ２和 ２ Ｇ）
爆炸 复合 采 用对 称碰 撞 ，通 过 高速 、高温 、高压 和 瞬 时相 互 冲 击后 复 合 。硬 铝 板 表 面 包覆 的纯 ＡＩ 层 约厚 ０２ ｍ。复合板 组元 拉 伸’ ．５Ｉ ｂ 性能如 表 １ 示。 所 疲 劳实验 采用 四点 弯 曲试 样，在 Ａｍ ｌ 高 频 ｓｅ ｒ 疲 劳试验 机 上 进 行 ，频 率 为 ５ ～６ ，正 弦 波 加 ０ ０Ｈｚ 载 ， 力 比 为０ １ 裂 纹 长 度 采 用 间 接 直 流 电 势 法 应 ．。
钛铝复合板爆炸焊接技术研究进展
第37卷第6期2020年12月Voi.37No.6Decembee2020Ti穀臧钛/铝复合板爆炸焊接技术研究进展田晓东'，王小苗'，丁旭2,彭艺杰'，周仁健'，罗海龙3(1.长安大学，陕西西安710064)(2.西安航空学院，陕西西安710077)(3.西安市轻金属爆炸复合材料工程研究中心，陕西西安710086)摘要：通过爆炸焊接技术制备的钛/铝复合板可兼具钛合金耐腐蚀性和铝合金低成本的优点。
对钛/铝复合板爆炸焊接技术的研究进展进行介绍，论述了炸药种类、质量比#、基覆板间距及爆炸焊接窗口等主要工艺参数对钛/铝复合板组织和的影响；了影响钛/铝复合板结合界面的主要因素一一金属间化合物种类、扩散层和界面波形；对钛/铝复合板硬度、抗强度、抗拉强度伸的研究进行了汇总分析。
最后，了钛/铝复合板工研究的重点方向。
关键词：钛/铝复合板；爆炸焊接；结合界面；工艺参数中图分类号：TG456.6文献标识码：A文章编号：1009-9964(2020)06-034-07Research Progres s of Explosive Welding Technology for Ti/Al Clad PlatesTian Xiaodong1，Wang Xiaomiaa1，Ding Xu2，Peng Yijie1，Zhou Renjian1，Lua Hailong3(1./hang'an University，Xi's710064,/hina)(2.Xi'an Aeronautical University，Xi'an710077，China)(3.Xi'an Light Metai Explosive Composite Materiale Engineering Research/enter，Xi'an710086，China)Abstract:The Ti/AO clad plate prepared by explosiw welding technology can haw the advantagvs of titanium Slay cagosion resistanca and aluminum Slay low cast.The reseerch progress of explosiw welding technology fgr Ti/AO clad plates was iny■oduced，and discussed the effects of technoloyicai parameters such as explosiw types，mass ratic #，base-to-Tyer plate spacing and explosiw welding window on the structure and performanca of Ti/Al clad plates，and the main factors affecting the bonding inmrfaca of Ti/AO composite plate were analyzed，Cicluding the types of intermetallic compounds，diOusion layer and interfaca wawform of the interfaca in the Ti/AO clad plate.The studies on hadness,sheer strength，tensiOe strength and tensiOe fracture of the Ti/Al clad plate were summarized.FinSly,the development trend of explosiw welding technology far Ti/AO clad plate is pointed out.Key words:Ti/Al clad plate；explosive welding；bonding interfaca；process parameter钛及钛合金具有比强度高、耐温力学 异的特点，在航空航天、舰船等行业被广泛使用，但其格较高[1，2]%合金密度小，作为主要的轻量化结构材料，是制行器的主要材料，在工艺和价格上较其他合金有明显优势，收稿日期：2020-06-25基金项目：2019年度西安航空科技创业资金项目(2019-01)；大学生创新创业(S202010710224)；西安市科技创新引导项目(201805032YD10CG16(3))通信作者：田晓(1980—)，，副教授。
钢铝复合材料的制备方法及应用
钢铝复合材料的制备方法及应用一、钢铝复合材料的概述钢铝复合材料是以钢和铝为基础材料，使用特定的工艺制作而成的一种新型材料。
由于钢和铝在基本性质上存在显著的差异，因此钢铝复合材料可以针对特定的应用领域展现出更佳的特性和优势。
早期的钢铝复合材料主要是通过加热、轧制等传统方法获得，但由于制备难度大、产品质量不稳定等问题，近年来有了新的制备方法的应用。
二、制备钢铝复合材料的方法1.爆炸焊接法。
该方法是通过在钢和铝之间设置爆炸炸药，使其在瞬间爆炸，产生极高温度和压力，从而使两种金属快速融合在一起。
这种方法制备的钢铝复合材料具有优异的界面连接性和机械性能，但要求较高的精度和技术，并且爆炸物质或其副产物的应用使得该方法面临很大的安全问题。
2. 热轧法。
该方法是将钢和铝在一定的温度和压力条件下，在热轧机上进行轧制。
将两种金属通过不断地热轧、冷却而实现密切结合，最终制备成钢铝复合材料。
该方法制备的钢铝复合材料质量较为稳定，产品性能良好，但对于用于构造材料的复合材料需要满足较高的技术条件。
3. 惯性摩擦焊接法。
此方法是利用惯性力和机械能等原理，通过转子和板材的摩擦热来使钢和铝连接成一体，从而制备成钢铝复合材料。
这种方法制备的产品密合性能较高，在机械、汽车、航空航天领域有着广泛应用。
4. 激光焊接法。
激光焊接法是利用激光的能量在钢和铝之间产生融合，从而完成钢铝复合材料的制备。
该方法具有高精度、快速率和无污染等优点，但需要较高的设备投资和技术要求。
三、钢铝复合材料的应用1. 用于轻量化汽车。
钢铝复合材料在汽车制造领域应用广泛，由于其密封性和机械性能能和铝合金相匹配，正逐渐被赋予在汽车体结构、车门、车灯及车轮等方面的广泛应用，不仅提高整车的刚性，还能达到车重减轻及良好的乘坐舒适度的目的。
2. 用于建筑材料。
由于该材料的高强度、低成本和良好的防腐性能，因此在建筑材料中可广泛应用于屋面、墙壁、悬挑天花板、幕墙等各种建筑结构中，以提高建筑材料质量和构造的使用效果。
爆炸复合板剪切试验的取样研究
2 焊缝的影响实际使用中，基层板多要求使用整板，覆层板多有拼焊使用的情况。
本文用于研究的银复合板，筒体复合板银覆层为5张板4道拼缝，如图1所示，封头复合板银覆层为3张板3道拼缝，如图2所示。
覆层焊接对材料性能的影响比较大，在经历了高温熔化和快速冷却的过程后，材料焊缝处力学性能可能会与原始板材有较大差异，如钛板在焊接时形成马氏体(α'相)，α相的数量和性质按合金组成和冷却速度发生变化，且会吸收O、N 、H 、C等导致焊缝中氮氧含量的增加，接头强度升高，弯曲塑性降低[2]。
同时拼焊板易形成负的安装角，导致爆炸复合过程射流质量减少，产生不结合现象[3]，因此焊缝处更容易出现缺陷。
图1 筒体复合板 图2 封头复合板银对热量比较敏感，使用Φ2.0的Ag99.99银焊丝焊接后，受热区域会变的很软，在同一张封头复层银板(交货状态为Y 硬态)拼焊后切除的边角余料两块，一张有一条焊缝，另一张没有焊0 引言石化行业一般都会涉及腐蚀性介质，设备需用到贵重的高合金材料，若设备整体使用高合金钢材料制造，可能难以加工，其价格也会非常高，因此从化工容器到电厂烟筒等，金属复合材料已经被广泛应用，它可以充分利用基材的强度和复层的抗腐蚀性，同时极大地降低成本。
复合板的结合强度，尤其是基层和复层之间的剪切强度，是衡量其能否保证产品使用质量的关键因素。
目前金属复合板的生产方法从总体上可以分为三大类：固-固相复合法、液-固相复合法和液-液相复合法[1]。
其中固-固相复合法中的爆炸复合法、挤压复合法、轧制复合法使用较多，而基层和复层的金属有碳钢-不锈钢、碳钢-钛材、碳钢有色金属乃至不锈钢-贵金属材料等种类繁多。
1 标准对剪切试样取样的要求与复合板剪切试验相关的国内外标准有：ASTM B898《活性难熔金属复合板的技术规范》、ASTM A265《镍和镍基合金涂层钢板用标准规范》、GB/T6396—2008《复合板力学及工艺性能试验方法》，另外，GB/T8547—2006《钛钢复合板》中相关条目也可以参考。
铝-钢爆炸复合板的研究
铝-钢爆炸复合板的研究进行了三种质量比的铝-钢爆炸复合板试验，所有复合板界面焊合良好，焊合率>95%，结合强度>60 MPa，而且基、复层材料对爆炸冲击波响应的硬化程度不明显，但结合界面存在铁、铝金属间化合物，故复合时应仔细选择爆炸参数，尽量减少其生成量。
1 前言铝柔软、加工性良好，同时又有良好的耐蚀性和隔音性。
但铝的强度很低，常温下无变形强化效果，为保持一定的抗力，只能加大铝板厚度，这又导致了成本增加。
如将铝板与钢板复合，则可克服熔化焊等焊接方法难以结合的缺点，同时又能发挥铝的优势，具有很高的强度。
2 试验材料与工艺以2.7 mm厚L3铝板作复层，12 mm厚945钢作基层，分别以R为3.84,2.74,2.19的三种复合比进行铝-钢爆炸复合试验，复合方式见文献［1］。
相应的试板A、B、C经探伤合格后，再进行机械性能检测和微观分析。
3 试验结果与讨论所有三块铝-钢爆炸复合板A、B、C经超声波探伤，焊合良好，焊合率>95%。
剪切试验得到的复合板结合强度见表1。
表1 铝-钢爆炸复合板的结合强度**:标准规定值为60 MPa。
同时沿复合板厚度方向测量了维氏硬度，由于铝-铁的硬度差别太悬殊，在硬度曲线上难以表述，故以实物照片和硬度数值来表述，见图1。
相对不锈钢爆炸复合板而言［1 ］，铝-钢爆炸复合板的爆炸硬化趋势不明显。
图1 铝-钢爆炸复合板复合界面硬度图2金相照片显示了铝-钢爆炸复合板的情况，界面结合良好，属冶金结合，并呈波形特征，但与铜-钢、不锈钢-钢爆炸复合板相比，界面结合区的波形不规则，波长长，波幅小。
(a) (b)图2 铝-钢爆炸复合板复合界面微观形貌由于铝、钢元素的亲和力大，相互扩散到界面易形成金属间化合物。
图3和表2分别表示的铝－钢爆炸复合板界面元素线扫描与局部熔化区的微区A(线扫描成分曲线陡降段又出现缓降平台，这一现象在钢－钢、不锈钢－钢爆炸复合板都不曾出现)探针成分结果证实了这一点。
纯铝薄板在爆炸冲击作用下接合界面特征研究
第14卷 第3期2006年6月材 料 科 学 与 工 艺MATER I A LS SC I ENCE &TECHNOLOGYVol 114No 13June,2006纯铝薄板在爆炸冲击作用下接合界面特征研究卫英慧1,侯利锋1,焦少阳1,胡兰青1,许并社1,赵阳囤2,李欣田2(1.太原理工大学材料科学系,山西太原030024;2.太原钢铁集团公司,山西太原030003)摘 要:爆炸具有瞬间高温、高压等极端条件共同作用的特点,可用于材料的加工成形.本文报道了应用X 射线衍射仪、透射电镜等手段,对纯铝在爆炸冲击作用下的组织结构和性能变化的结果.研究结果表明,纯铝/铝的爆炸接合界面沿冲击波扩展方向形成正弦接合界面并有熔化现象出现,由于实验所用铝板较薄,爆炸引起的热对材料起到了退火的作用,因而没有检测到明显的残余应力存在.铝板爆炸结合后原始粗晶粒得到了细化,这可能是由于作用于同一粗晶粒的冲击力不均匀,因而使晶粒局部发生了转动,通过小角度晶界协调而造成的.这为材料的纳米化又提供了一种新的途径.关键词:铝;界面结构;爆炸接合;变形中图分类号:TG17413;TG17216文献标识码:A文章编号:1005-0299(2006)03-0330-03I nvesti ga ti on on bond i n g i n terface and defor ma ti on character isti csof th i n pl a te of pure a lu m i n u m by explosi ve co m pacti onW E I Ying 2hui 1,HOU L i 2feng 1,J I A O Shao 2yang 1,HU Lan 2qing 1,XU B ing 2she 1,ZHUAO Yang 2tun 2,L I Xin 2tian2(1.Dep t .of Materials Science,Taiyuan University of Technol ogy,Taiyan 030024,China;2.I nstitute of Steel Ir on Research .Co mpany of Taiyuan Steel and Ir on Gr oup,Taiyuan 030003,China )Abstract:Exp l osi on can be used t o p r ocess material due t o its characteristics of extre me conditi on co -effect,such as high te mperature and high p ressure instantaneously .I n the paper,s ome experi m ents on m icr ostructure and p r operty changes of pure alu m inum under ex p l osive compacti on conditi on were carried out by means of X -ray diffracti on and trans m issi on electr on m icr oscopy (TE M ).It concluded that melt occurred on the bonding interface of AL /A l composite p lates .The bonding interface is of sinus oidal wave in the directi on of compacti on extending .Crystal para meters of pure alu m inu m change with increasing of exp l osive s peeds .O riginal crystal grains were fined by cari ous s mall angle tilt boundaries .Key words:alu m inu m;interface structure;ex p l osive bonding;def or mati on收稿日期:2004-04-05.基金项目:教育部重点项目(地方02024);山西省自然科学基金(20011044)和太原理工大学校内基金资助项目.作者简介:卫英慧(1966-),男,教授,博士生导师. 材料的爆炸接合研究已开展了多年,开发了大量的产品应用到了生产实际当中,取得了可观的经济效益[1,2].爆炸接合复合板接合时,在界面附近由于金属射流的形成会引起材料温度升高,同时由于巨大的冲击会在接合偶中产生剧烈的塑性变形.金属射流在界面形成,塑性变形则存在于界面两侧的接合偶中.塑性变形区由于环境因素复杂,既受到金属射流引起温度升高的影响,又有应变以及应变引起的绝热剪切的控制,因此,其晶粒变形机制目前尚不明确.Yang 等人[3,4]通过对钛/A3钢的爆炸接合界面的研究发现,在钛板一侧存在热影响区和变形带,而在A3钢一侧则出现了绝热剪切带(Adiabatic shear bands ),剪切带内局部变形较大,由于没有足够的时间使形变产生的热扩散,因而变形过程基本上是绝热的.Bailey 和H ir 2sch [5]等人提出应变导致晶界迁移模型,H ines 等人[6]通过对预应变的铜合金的剪切带中晶粒细化的研究,发现经典的再结晶机制由于动力学过程较慢,不能解释在该区域内所出现的再结晶行为,同时他们计算在该区域温度升高低于014T m ,因而得出剪切带内温度升高对晶粒细化影响较小,晶粒细化可能来自其他的机理[7].本文通过对纯铝板爆炸结合界面的研究,以了解接合界面形态和组织结构变化情况,并对塑性变形区晶粒细化机理进行讨论.1 实 验材料为纯铝薄板,板厚1mm.为便于分析界面的变化情况,先用双面胶带在铝板接合面的一侧贴成网格状花样,网格尺寸为10×10mm.爆炸接合过程完成后,贴有胶带的地方接合不好,容易分离,但材料在爆炸冲击作用下表面的变化情况却不受影响,因此对接合界面的情况容易了解.用R igakuX 射线衍射仪测定铝板爆炸接合后的表面应力分布和结构变化,铜靶,镍滤波片.用KYKY1000B 扫描电子显微镜观察表面形貌.显微组织观察在带有双倾台的H800透射电子显微镜上进行.电解双喷制备透射电镜试样.双喷液为硝酸甲醇溶液,比例1∶2.温度20℃,电压15V.2 结果及讨论211 接合界面形貌将爆炸接合的铝板分离开后,在SE M 下观察其形貌.如图1所示. 可以看出接合界面呈波纹状.垂直波纹方向为爆炸冲击波传播方向.沿着冲击波传播方向的截面形貌应为锯齿形.波峰位置表面光滑有熔化现象(图2a ),而波谷处表面粗糙(图2b ),经能谱分析是一些氧化物和夹杂,这可能是由于爆炸冲击波传播时,形成的金属射流使接合材料表面存在的杂质随射流运动受阻后残留下来的.因此,尽管研究发现爆炸冲击波具有自清洁作用[8],但爆炸前进行表面洁净处理仍然是非常重要的,否则杂质在界面的存在,必将影响材料的接合质量.212 铝板接合后界面的宏观应力图3为不同爆炸强度下,铝板爆炸接合后的X 射线衍射图,可以看出,不同晶面的衍射峰的位置没有发生明显的变化.对其中的爆炸强度最大的试样的表面应力分析表明(图4),爆炸接合后试样表层没有应力存在.用显微硬度计测试材料的硬度,爆炸前后硬度变化不大,加工硬化现象不明显.铝具有面心立方晶格,滑移系较多,易于发生塑性变形,加之试样薄,晶粒之间塑性变形协调性较好.同时铝的熔点较低,在爆炸冲击作用下局部表面部位发生熔化,较好的导热性,使这些热量迅速散布,起到了去应力退火的作用,并使加工硬化得以不同程度的消除.213 铝板爆炸接合后显微组织的变化TE M 观察发现铝板爆炸结合后,熔化区的部分发生了晶粒细化(图5所示).原始晶粒尺寸约为15μm 左右,经爆炸冲击波作用后,晶粒细化至250n m 左右.每个原始晶粒是许多小的亚晶粒组成,晶界是由位错组成的小角度晶界图6,亚晶粒和亚晶粒之间位向差在2-3范围内.图5 爆炸接合后铝板的组织形貌 爆炸冲击下接合板材内晶粒的细化可能源自两种情况:一是在接合界面由于金属射流引起的材料的熔化或者是绝热剪切带内温度的升高;二是在接近接合界面处,爆炸冲击的高应变速率,使材料发生剧烈的塑性变形,使材料的晶粒细化.金属射流的形成,是材料能够通过爆炸而接合的基础,研究发现金属射流形成后快速冷却,会・133・第3期卫英慧,等:纯铝薄板在爆炸冲击作用下接合界面特征研究得到细的晶粒,同时伴随着相变的发生,如马氏体转变、非晶的形成[9]等,这主要依材料的不同而不同.对于纯铝薄板,不可能有相变发生,也没有观察到非晶的形成.绝热剪切带是某些金属或合金在爆炸冲击作用下,形成的局部剧烈的塑性变形区.该区域被认为是绝热的,能量来不及散失,引起温度升高,从而通过动态再结晶细化了晶粒.铝的导热性能较好,同时实验用板材较薄,在开放体系中,散热较快,再结晶动力学过程来不及进行,因而绝热剪切带内形成细晶区是不可能的.但这些热量的扩散,可在一定程度上去除由于爆炸冲击引起的内应力,这与在所研究材料中没有检测到明显的残余应力的实验结果是一致的.图6 小角度晶界 材料变形区的晶粒细化较为复杂.目前还没有一个完善和成熟的机理来解释其形成过程.对于板材的爆炸接合,随炸药爆炸向前推进,覆板和基板要发生碰撞,产生巨大的冲击力,这种力分布既不连续也不均匀,方向也不完全一致,这是粉体炸药的特性决定的.这种力作用于同样一个晶粒,会使不同的区域发生不同程度的转动,转动后的区域与原来的晶粒通过小角度晶界来协调,由于力的分布的互相约束,决定了转动不会太大,因而细化后的晶粒之间位相差较小,图7示出了几个亚晶粒及其对应的衍射花样.这种晶粒细化机制未涉及到温度的变化,只是由巨大的冲击导致应变而发生.图8为这种晶粒细化的示意图.这些由小角度晶界形成的亚晶从热力学上看是不稳定的,如果条件合适,可能发生位错的合并,从而可能会转变为大角晶界.3 结 论1)纯铝薄板爆炸结合界面呈波纹状,结合偶之间有熔化现象.2)铝/铝薄板爆炸结合后,不存在明显的残余应力和加工硬化现象.3)爆炸冲击导致材料表面晶粒细化主要是因为作用于同一粗晶粒的冲击力不均匀和不一致,而使晶粒部分发生转动,通过小角度晶界协调而形成的.图7 不同亚晶粒之间的位向差图8 爆炸冲击致粗晶铝晶粒细化的机制示意图参考文献:[1]郑远谋+爆炸焊接和金属复合材料及其工程应用[M].广州:中山大学出版社,2002.[2]I T OH S,I Y AMA H,F UJ I T A M,et a l.On the charac2teristic of the exp l osive welding technique using the un2 der water shock wave(I)-H igh s peed def or mati on of the metal flying p late due t o under water exp l osi on[J].Journal of the Japan Ex p l osives Society,2001,62(4):194-200.[3]Y ANG Y,ZHANG X M,L I Z H,L IQ Y.Trans.Non2ferr ousM etals Soc.China,3,90,1994.[4]Y ANG Y,X I N G M I N G Z,ZHE NGHUA L.Q ingyun Ad2iabatic Shear band on the titaniu m side in the Ti/M ild steel Exp l osive lcadding interface[J].Acta M ater,1996,44(2):561-565.[5]BA I L EY J E,H I RS CH P B.H irsch.The recrystallizati onp r ocess in s ome poly crystalline metals[J].Soctland.1962,267A,11-33.[6]H I N ES J A.H ines,K.S.Vecchi o Recrystallizati on ki2netics within adiabatic shear bands[J].Acta M ater,1997,45(2):635-649.[7]CHE N S R,K OCKS U F.Scri p ta Metall[J].M ater,1992,27:1587-1592.[8]CR OSS LAN D B.Revie w of the present state-of the art in ex2pl osive welding[J].Metals T echnol ogy,1976,3(1):8-20. [9]王 科,许并社.爆炸冲击制备纳米晶金属复合膜的初步研究[J].材料热处理学报,2002,23(2):1-3.(编辑 张积宾)・233・材 料 科 学 与 工 艺 第14卷 。
钢板-泡沫铝-钢板新型复合结构降低爆炸冲击波性能研究
强度 。在这个过程 中， 冲击波能量被减小 ， 空气 和单层材料相 比， 能力 得到提 高。在研究 过程中 ， 防爆 主要进行 了理论研 究和 Ｌ Ｓ—Ｄ Ｎ Ｙ Ａ有 限元动力分析 ， 计算结果表 明钢板—泡沫铝一钢板复合结构具有 较好的吸能减振 效果 ， 以运用到地 可 面军 事工程结构防爆设计 中去 ， 高地面军事建筑的战时生存能力。 以提 关键 词：爆炸冲击波 ； 框架柱 ： 泡沫铝 ； 复合结构 ； 常规武器 ； 应力 波
。
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基金项 目：重庆市科委 自 然科学基金项 目（ Ｓ Ｃ ２０ Ｂ ４ ６ ） Ｃ Ｔ ， ５ Ｂ １２ 和总后基 ０ 建 营房部项 目资助
Ｒ ＝ （２２一 １１／ ｐ ｃ ＋Ｐ ｃ） ｐｃ Ｐ ｃ ） （ １１ ２２
摘 要 ：泡沫铝材料具有减振和吸收冲击能量的特点， 但是单一的泡沫铝材料强度较低。为降低爆炸冲击荷载对
框架底层柱 的破坏 ， 在两层 钢板 中间添加一层泡沫铝材料 以构成多层复合抗爆 结构 ， 从而实现防爆和衰减冲击波的功能。 当爆炸冲击波作用到复合结构时 ， 泡沫铝产生塑性变形被压实 ， 由于泡沫铝 冲击波阻抗 比较低 ， 能够大大地 削弱应力波的
中图分类号 ：０ ４ ３５ 文献标识码 ：Ａ
随着 国际政 治 、 事局 势 的变 化 ， 武 器 的研 制 和 军 核 运 用得到严 格 的控 制 ， 争形 式 主要 表 现 为 高 技 术 条 战
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铝-钢爆炸复合板的研究
进行了三种质量比的铝-钢爆炸复合板试验，所有复合板界面焊合良好，焊合率>95%，结合强度>60 MPa，而且基、复层材料对爆炸冲击波响应的硬化程度不明显，但结合界面存在铁、铝金属间化合物，故复合时应仔细选择爆炸参数，尽量减少其生成量。
1 前言
铝柔软、加工性良好，同时又有良好的耐蚀性和隔音性。
但铝的强度很低，常温下无变形强化效果，为保持一定的抗力，只能加大铝板厚度，这又导致了成本增加。
如将铝板与钢板复合，则可克服熔化焊等焊接方法难以结合的缺点，同时又能发挥铝的优势，具有很高的强度。
2 试验材料与工艺
以2.7 mm厚L3铝板作复层，12 mm厚945钢作基层，分别以R为
3.84,2.74,2.19的三种复合比进行铝-钢爆炸复合试验，复合方式见文献［1］。
相应的试板A、B、C经探伤合格后，再进行机械性能检测和微观分析。
3 试验结果与讨论
所有三块铝-钢爆炸复合板A、B、C经超声波探伤，焊合良好，焊合率>95%。
剪切试验得到的复合板结合强度见表1。
表1 铝-钢爆炸复合板的结合强度*
*:标准规定值为60 MPa。
同时沿复合板厚度方向测量了维氏硬度，由于铝-铁的硬度差别太悬殊，在硬度曲线上难以表述，故以实物照片和硬度数值来表述，见图1。
相对不锈钢爆炸复合板而言［1 ］，铝-钢爆炸复合板的爆炸硬化趋势不明显。
图1 铝-钢爆炸复合板复合界面硬度
图2金相照片显示了铝-钢爆炸复合板的情况，界面结合良好，属冶金结合，并呈波形特征，但与铜-钢、不锈钢-钢爆炸复合板相比，界面结合区的波形不规则，波长长，波幅小。
(a) (b)
图2 铝-钢爆炸复合板复合界面微观形貌
由于铝、钢元素的亲和力大，相互扩散到界面易形成金属间化合物。
图3
和表2分别表示的铝－钢爆炸复合板界面元素线扫描与局部熔化区的微区A(线扫描成分曲线陡降段又出现缓降平台，这一现象在钢－钢、不锈钢－钢爆炸复合板都不曾出现)探针成分结果证实了这一点。
表2中实测铝、铁元素浓度比平均为3∶1，接近Al6Fe相中两元素原子重量比，因此界面存在的金属间化合物推测可能为Al6Fe(进一步的证实还有待结构方面的数据)。
Al2Fe相很脆，数量太多，会弱化界面强度，因此铝-钢复合时应仔细选择爆炸参数，尽量减少铝、铁金属间化合物的生成量，并使之沿界面断续分布。
图3 铝-钢爆炸复合板复合界面成分线扫描
表2 界面微区A的成分分析(wt%)
4 结论
(1) 本试验得到的铝-钢爆炸复合板界面结合强度较高，均大于60 MPa。
(2) 结合界面呈波形特征，但波长长，波幅小，同时还存在脆性金属间化合物，因此爆炸复合时，应仔细选择爆炸参数，尽量减少金属间化合物在界面的形成数量。