金屬複合材料

(1)名詞定義：結合兩種或兩種以上不同相的物質以物理方式結合而成，擷取各組成成分的優點，以構成需要之結構材。這些材料也必須合於下列四樣條件：

a.必須由人類製造成（此有別於一些已存在於自然界中的天然複合材料，如木材）。

b.必須由兩種或兩種以上化性不同的物質所組成。

c. 每一組成物質均具有三度空間的體積（因為由薄片相壓或焊接所成者不屬此類）。

d.必須具有一些特殊的性質，而此種性質不是各個組成物質本來所有的。

(2)複合材料包括三大領域：金屬基複合材料MetalMatrix Composites(MMC’s)、陶瓷基複合材料Ceramic MatrixComposites(CMC’s)與高分子複合材料Polymer MatrixComposites(PMC’s包括熱固性與熱塑性)等，目前我們使用的是高分子複合材料，其中以碳纖維用於複合材料中而較傳統玻璃纖維之複合材料具更佳之物理特性，特稱為高性能複合材料(ACM Advanced Composite Material)。

1、國內外複合複合材料的生產方式主要有固—液相結合法、固相間結合法、疊板熱軋法、擴散壓接法、堆焊法、堆焊熱軋法等。最常見的固相間結合法是爆炸焊接和熱軋軋制。

爆炸焊接不銹複合鋼板的方法在國內外的開發和應用均起步稍晚。60年代開發，70年代發展成熟，進入商業化生產。

2、軋制不銹複合鋼複合鋼板的方法早在20世紀30年代就引起了一些研究者的關注，軋制複合分為熱軋複合和冷軋複合。這種複合法產量高，尺寸精度高，工藝及裝備較為成熟，但往往要進行表面處理和退火強化處理，

例：

鈦-鋼複合板 GB 8547-87

本標準適用於耐蝕壓力容器、貯槽及其他用途的鈦-鋼爆炸複合板或爆炸-軋制複合

1．1鈦-鋼複合板：用爆炸或爆炸-軋制方法使鈦(復材)與普通鋼(基材)達到冶金結合的金屬複合板。

1．2基材、復材、複合板的總厚度、外彎曲、內彎曲等定義按GB6396-86《複合鋼板性能試驗方法》的規定。

2．1分類和代號複合板的分類和各類的代號應符合表1的規定。

表 1

註：爆炸鈦-鋼複合板以“爆”字漢語拼音字頭“B”表示；爆炸-軋制鈦-鋼複合板以。“爆”和“熱”字漢語拼音字頭。 “BR”表示。

2．2適用材料複合板復材和基材應符合表2的規定，表中所列的復材與基材可以。自由結合。經供需雙方協商也可提供其他復材或基材的複合板。

表 2

2．3供貨狀態

複合板以爆炸(B)或爆炸-軋制(BR)狀態交貨。爆炸複合板一般以消除應力(M)狀態供應，其熱處理制度按本標準附錄A的規定。

2．4規格、外形尺寸及允許偏差

2．4．1複合板的厚度、寬度(或直徑)、長度的尺寸及其允許偏差應符合表3和表4的規定。經供需雙方協商也可提供其他規格或尺寸允許偏差有特殊要求的複合板。

表 3 mm

表 4 mm

2．4．2寬度大於1100mm或長度大於2200mm的複合板允許復材或基材拼焊。

2．4．3複合板復材的厚度一般為1．5～10mm爆炸複合板復材厚度的允許偏差不大於復材名義厚度的+10 -20%；爆炸一軋制複合板復材厚度的允許偏差不大於復材名義厚度的+20 -10%。

2．4．4複合板基材的厚度間隔按GB709-88的規定執行。

2．4．5複合板的不平度應符合表5的規定。需方有特殊要求時，可由供需雙方協商確定。

表 5

2．4．6複合板四角應切成直角，切斜應不大於其長度或寬度的允許偏差。厚度大於18mm或長度大於2800mm的複合板允許用其他切割方法切邊。需方同意時，可不切邊交貨。

2．5標記示例

2．5．1復材厚度為6mm的TA2、基材厚度為30mm的A3鋼、寬度為1000mm、長度為3000mm、消除應力狀態的1類爆炸複合板標記為：

TA2/A3 B1 M 6/30×1000×3000 GB 8547-87

2．5．2復材厚度為2mm的TAl、基材厚度為10mm的A3鋼、寬度為1100mm、長度為3500mm的2類爆炸-軋制複合板標記為：

TAl/A3 BR2 2/10×1100×3500 GB 8547-87

3．1化學成分

3．1．1基材的化學成分應符合相應標準的規定。

3．1．2復材TAl、TA2的化學成分應符合GB3620-83《鈦及鈦合金牌號和化學成分》的規定；Ti-0．3Mo-0．8Ni和Ti-0．2Pd的化學成分應符合表6的規定。

表 6

註：其他元素含量出廠時不做檢驗。

3．2力學性能和工藝性能

複合板的力學性能和工藝性能應符合表7的規定。彎曲試驗中試樣彎曲至規定的角度后，在彎曲部分的外側不允許產生裂紋，複合界面不允許分層。

表 7

註：①當用戶要求時，供方可以做基材的拉伸試驗，其抗拉強度應達到基材相應標準的要求。

②複合板的抗拉強度理論下限標準值δB按3．2．1計算。

③爆炸-軋制複合板的伸長率可以由供需雙方協商確定。

3．2．1複合板的抗拉強度理論下限標準值δB按下列公式計算：

δB =(t1σ1+t2σ2) / (t1+t2)

式中：σ1-基材抗拉強度下限標準值，N/mm2(kgf/mm2 )；

σ2-復材抗拉強度下限標準值，N/mm2(kgf/mm2)；

t1——基材厚度，mm；

t2——復材厚度，mm。

3．3結合面積複合板的結合狀態、結合面積應符合表8的規定。

表 8

3．4拼焊質量基材或復材的拼焊焊縫應滿足以下條件：

a．復材焊縫和基材焊縫應經無損檢驗，其判定標準及焊縫要求由供需雙方協商確定；

b．拼板最小板寬不小於300mm：

c．基材和復材對接焊縫距離不小於100mm。

3．5表面質量

3．5．1爆炸複合板以原始表面交貨，長度小於3000mm的爆炸-軋制複合板以酸洗表面交貨。需方對錶面有特殊要求時，可由供需雙方協商確定。

3．5．2複合板復材的表面不允許有裂紋、起皮、壓折、金屬或非金屬夾雜物等宏觀缺陷。允許有不超出復材厚度公差之半的划傷、凹坑、壓痕等缺陷。

3．5．3允許順加工方向清除復材表面的局部缺陷，但清理后復材的厚度不得小於其最小允許厚度。

3．5．4復材表面未貫穿到基材的較小缺陷允許焊接修補，修補后的表面應與復材表面齊平。

4．1化學成分仲裁分析方法

4．1．1復材化學成分的仲裁分析方法按4698．1～4698．16-84《鈦及鈦合金化學分析方法》進行。

4．1．2基材化學成分的仲裁分析方法按223．1～223．50《鋼鐵及合金化學分析方法》進行。

4．2力學性能和工藝性能檢驗方法複合板的剪切強度試驗、彎曲試驗、室溫拉力試驗按GB6396-86進行。

4．3結合面積檢驗方法複合板的結合狀態和結合面積用超聲波探傷法檢驗，探傷方法按本標準附錄B進行。

4．4外形尺寸檢查方法

4．4．1複合板的厚度在距頂角不小於100mm，距邊部不小於20mm處測量。

4．4．2複合板的厚度可用千分尺、卡尺測量，也可用超聲波測厚儀測量。用超聲波測厚儀測量時，每張板材取任意10點的平均值。

4．4．3複合板復材的厚度按GB6396-86的規定進行測量。

4．5表面質量檢查方法複合板的表面質量用肉眼進行檢查。

5．1檢查和驗收

5．1．1產品應由供方技術檢驗部門進行檢驗，並保證產品質量符合本標準的要求。

5．1．2需方對收到的產品可進行復驗，如復驗結果與本標準規定不符時，應在收到產品之日起三個月內向供方提出，由供需雙方協商解決。

5．2組批複合板應成批提交驗收，每批應由同一牌號(復材/基材)、類別、復材熔煉爐號、規格、狀態、加工工藝的產品組成。

5．3檢驗項目每批產品的檢驗項目應符合表9的規定。

表 9

註：表中符號說明：o表示必做的試驗項目；△表示需由供需雙方協商確定檢驗項目；×表示不必做的試驗項目。

5．4取樣位置與取樣數量

5．4．1復材的化學成分以原鑄錠的化學成分報出，基材的化學成分按原合格證報出。

5：4．2力學性能與工藝性能檢驗從每批產品中任取一張，按測試項目各取一個橫向試樣(剪切試樣不做規定)。允許從同一生產周期、同一工藝的試板或余料中切取試樣。

5徠．4．3複合板的結合面積應逐張進行檢驗，其檢驗項目應符合表10的規定。

表 10

5．4．4複合板的外形尺寸和表面質量應逐張進行檢查。復材厚度的測量允許每批取1張板材進行。

5．5重複試驗

在力學性能和工藝性能檢驗中，如有1個試樣的結果不合格時，則從原受驗板材(如原受驗板材尺寸不夠時，可在同批產品中另取)或試板上取雙倍試樣進行該不合格項目的復驗。復驗后仍有1個試樣的結果不合格時，則該批產品報廢，或逐張對不合格項目進行復驗。合格者重新組批交貨。

當合同中沒有特別註明時，複合板均按理論重量交貨。複合板的理論重量按復材和基材的厚度、複合板的長度和寬度計算1mm厚的鈦板和鋼板的理論重量分別為4．51kg/m2和7．85kg/m2 。

複合板的熱處理制度

(補充件)

複合板需進行消除應力退火時，其熱處理制度按如下要求執行：

a．熱處理溫度：540±25℃；

b．保溫時間：小於3h；

c．加熱和冷卻速度：80～200℃/h。

鈦-鋼複合板的超聲波探傷方法

(補充件)

本方法是以鋼或不鏽鋼為基材，以鈦為復材，總厚度大於8mm，單層一次複合的爆炸及爆炸-軋制複合板的超聲波探傷方法。

B．1 一般要求

B．1．1目的主要用於探測複合板的復材與基材之間的貼合程度。

B．1．2方法類別本標準規定採用縱波脈衝反射法(或多次脈衝反射法)進行超聲波探傷。接觸法或水浸法均可使用。

B．1．3對探傷人員的要求探傷操作人員應達到部級或與此相當的學會級三級以上無損檢測人員水平；簽發及解釋檢驗報告人員應達到部級或與此相當的學會二級以上人員水平。

B．1．4探傷表面。

B．1．4．1複合板表面不得有影響探傷的氧化皮、油污及鏽蝕等其他污物。

B．1．4．2探傷表面粗糙度Ra應不大於5μm。

B．1．4．3在規定的探傷靈敏度下，材料的雜訊電平不大於5%。

B．2 探傷設備

B．2．1探傷儀器

B．2．1．1使用脈衝反射式超聲波探傷儀。探傷儀器應符合ZBY230-84《A型脈衝反射式超聲波探傷儀通用技術條件》中規定的技術性能指標。

B．2．1．2也可使用超聲波測厚儀。

B．2．2探頭

B．2．2．1使用晶體為圓形或矩形的直探頭。也可使用雙晶斜探頭及測厚探頭。

B．2．2．2晶體尺寸一般為φ10～30mm，矩形為寬(10～20)mm×長(15～30)mm，頻率為2．5～10MHz。

B．2．3耦合劑接觸法探傷時，可採用清潔的自來水作耦合劑，也可使用水玻璃、溶性油、丙三醇等。

B．2．4對比試塊

B．2．4．1對比試塊應採用與被探複合板的材料厚度、聲學性能和表面狀態相同或相似的複合板材料製成。

B．2．4．2對比試塊A及試塊B的形式及尺寸如圖B1所示。

B．3 探傷

B．3．1探傷面的選擇根據被探板材的表面狀態、復材厚度、聲阻抗及外觀形狀、決定從復材面或從基材面進行探測。

B．3．2探傷靈敏度

B．3．2．1探傷靈敏度根據被探板材的形狀決定。

B．3．2．2利用對比試塊調節探傷靈敏度。

B．3．2．3從復材面探測時，將探頭置於對比試塊A的完全結合部位，使來自複合板基材底面的一次反射波出現在熒光屏上，將其幅度調至熒光屏滿刻度的80%。

B．3．2．4從基材面探測時，將探頭置於對比試塊B的缺陷中心部位，使缺陷反射波出現在熒光屏上，將其幅度調至熒光屏滿刻度的80%。

B．3．2．5採用多次脈衝反射法時，將探頭置於對比試塊A的完全結合部位，或置於試塊B的缺陷中心部位，使探傷儀熒光屏水平基線出現三次底面回波，或三次缺陷回波，將B1或F1的幅度調至熒光屏滿刻度的80%。(B2 、B3 、F2 、F3 的幅度由材料厚度決定)。

註：B1 、B2 、B3 分別為完全結合部位第一次、第二次、第三次的反射波。F1、F2 、F3分別為缺陷部位第一次、第二次、第三次的反射波。

B．3．3非貼合區的確定。

B．3．3．1非貼合區的定義在探測過程中，若出現始脈衝信號增寬底脈衝消失或缺陷脈衝的增寬增高前移時，由該區域為非貼合區。

B．3．3．2非貼合區的判定當從復材面探測時，若來自基材底面的反射回波完全消失，並伴隨有來自復材與基材交界面的重複反射信號時，則該部位可認為是非貼合區。

當從基材面探測時，若來自復材底面的反射回波完全消失，並伴隨有來自基材與復材交界面的反射信號(即缺陷波)時，則該部位可認為是非貼合區。

B．3．3．3非貼合區的範圍

B．3．3．3．1從復材面探測時，隨著探頭任意移動方位，底面反射波下降至50%時，就是非貼合區的範圍。

非貼合區的寬度及長度如圖B2所示。

測定探頭移動的距離，晶片內側長度，即為非貼合區的長度或寬度。

B．3．3．3．2從基材面探測時，按B型對比試塊調整。非貼合區的範圍用半波高度法確定。

測定探頭的移動距離，晶片的中心間距就是非貼合區的寬度及長度。

B．3．4探傷靈敏度的校正

在探傷過程中，由於某種原因的影響，。底面回波或缺陷回波的高度與B．3．2．3、B．3．2．4、B．3．2．5的調試狀態不同時，可校正探傷儀靈敏度，使底面回波或缺陷回波幅度達到熒光屏滿幅度的80%。

B．3．5探傷速度

手動探測時，探頭掃查速度不得超過100mm/s。

B．3．6缺陷的記錄

B．3．6．1對於掃查中發現的底面回波低於50%(不包括因表面狀態所造成的接觸不良所引起的降低)的連續或不連續點進行記錄，並以相應的幾何圖形在板面上表示，並計算其

面積。對於基材或復材因其內部缺陷所造成的底面回波的降低應不予考慮。

B．3．6．2非貼合區面積的計算採用近似計算。

B．3．6．3貼合率的計算公式

t= (S - SF) / S*100%…………………… (B．1)

式中：t——貼合率；

S——複合板總面積，cm2 ；

SF——非貼合區總面積，cm2 。

B．3．6．4非貼合率計算公式：

f = SF / S *100%……………………(B．2)

式中：f ——非貼合率；

Sf ——非貼合區總面積，cm2 。

S ——複合板總面積，cm2 ；

B．3．7當復材厚度小於2mm，可採用測厚探頭或雙晶斜探頭從復材面進行探測。

B．3．7．1．當使用雙晶斜探頭探測時，若底面回波前移或消失、界面脈衝增寬時，則該區域為非貼合區。

B．3．7．2使用測厚探頭探測時，複合板完全貼合部位及未貼合部位的厚度由測厚儀直接顯示。

B．3．8探測報告

B．3．8．1對探傷情況作好詳細記錄，並填寫探傷報告。

B．3．8．2探傷報告包括：

a．委託單位、委託日期、委託編號、合同號、材料名稱、規格、狀態、類別及探傷條件；

b．非貼合區的大小及位置；

c．未探測的區域：。

d．必須說明的各種情況；

e．探傷日期；

f．探傷人員簽名。