铝/镁合金爆炸焊界面接合机制及其塑性变形行为

As of high surface notch sensitivity, low toughness and poor corrosion resistance, magnesium alloy can not bring its light weight and high strength into fully play and thus ristrict its application in industry. A new technology is proposed to produce large area aluminum-coated magnesium composite sheet by explosive welding combined with hot/cold rolling in this project, and the bonding mechanism and plastic deformation behavior of Al/Mg interface will be studied. The dynamics, rheological state of material under high speed, dislocation sliding mode under large plastic deformation, and the forming mechanism of bonding interface in the process of Al/Mg explosive welding will be investigated. The mechanism of plastic bonding and micro-metallurgical bonding will be researched，and the interface mode, microstructure, mechanical properties and influencing factors will be discussed. The key and basic problems governing the adaptability and compatability of explosive welding aluminum and magnesium alloy will be analysed thoroughly. The thermo-mechanical coupling problem during the rolling process of explosive welded Al/Mg composite sheet will be analysed, and the micromechanism of coordinated plastic deformation of bonding interface of dissimilar crystal structures will be probed into. Furthermore, the static and dynamic mechanical behavior of the interface of aluminum coated magnesium composite sheet, the principle of bonding interface damage and fracture will be explored, and the plastic deformation model of magnesium alloy based heterogeneous interface will be set up to promote the development of foundamental theory of plastic deformation of magnesium alloy based laminated composite materials.The study results will contribute to the design and manufacture, safe use and service life prediction of magnesium alloy based laminated composite materials. It is of scientific significance and application value.

镁合金材料表面缺口敏感性强、韧性低、抗腐蚀能力差等缺点严重制约了其轻质高强优势的发挥和应用。本项目提出采用"爆炸焊接+热/冷轧制"技术制备大面积覆铝镁基复合板材，探索铝/镁界面接合机理及塑性变形行为。研究铝/镁合金爆炸焊接过程的动力学行为、材料极速流变态势、大塑性变形位错滑移和接合界面形成等机制，探究塑性连接或微区冶金接合的微观机理、界面形态、组织结构、力学性能及其影响因素，分析铝/镁合金爆炸焊接的适应性和相容性的关键基础问题；研究铝/镁合金爆炸复合板轧制过程中的热力耦合问题，探究异种晶体结构连接界面的协调塑性变形的微观机制；进一步探讨覆铝镁基层状复合材料界面的静态和动态力学响应、界面损伤和断裂机理，建立镁基异质界面塑性变形模型，促进镁基层状复合材料塑性变形基础理论的发展。项目有助于镁基层状复合材料的合理设计制造、安全使用和服役寿命预测，具有较大的科学意义和应用价值。

为了改善镁合金材料耐腐蚀性能差和韧性的不足，进而拓宽镁合金材料的应用领域。本项目提出了采用“爆炸焊接+轧制”的复合方法制备高性能的铝/镁合金复合板。.本项目采用ANSYS数值模拟方法建立了铝/镁合金复合板的爆炸焊接模型，研究了爆炸焊接过程中的热-力交互作用，阐释了连接界面的波形形成机理；建立分子动力学模型与试验表征结合，揭示了复合板连接界面的接合机理；探究了接合界面组织特征及塑性变形行为；设计正交试验、建立数值模型优化了爆炸焊接复合板的轧制工艺。.采用爆炸焊接方法成功制备了最大尺寸为600×300×18 mm的铝/镁合金复合板，其界面接合强度达到201.2 MPa，复合板抗拉强度为158 MPa；对复合板连接界面宏观形貌特征分析，发现接合界面形貌呈现四种典型特征；进一步揭示了波形界面的形成是由于高速冲击碰撞区材料的塑性变形引起碰撞点及射流运动方向的周期性运动共同作用的结果。.对爆炸冲击载荷作用下，复合板的塑性变形行为进行了系统探究。研究发现：铝合金侧变形组织以拉长的变形晶粒为主，且变形晶粒内部及晶界处形成了大量的高密度位错及亚晶结构；镁合金侧出现了典型的绝热剪切带组织，其形成过程是由于周期性冲击载荷通过碰撞点作用于基体材料，在高应变剪切力作用下使材料发生局部塑性变形。.结合数值模拟及实际轧制试验确定了铝/镁合金爆炸焊接复合板的可行的轧制工艺方案及优化区间。研究发现：铝/镁合金爆炸复合板的最佳轧制工艺为400 ℃、5道次轧制、道次压下率均为30％，且每道次轧前保温条件为400 ℃、5 min可获得板厚为2.2 mm、抗拉强度达到255 MPa、断后伸长率为18％的铝/镁合金复合板；对轧制复合板经200 ℃退火处理，可进一步提高铝/镁合金复合板的综合力学性能。.本项目提出的“爆炸焊接+轧制”方法是一种有效地制备高性能铝/镁合金复合板的方法，为镁合金材料更高使用要求的安全服役提供了一定的技术支持与可靠数据参考。共发表相关学术论文20篇，申请国家发明专利6项，已授权3项。