Page 77 - 《爆炸与冲击》2026年第10期

第 46 卷 第 10 期 爆 炸 与 冲 击 Vol. 46, No. 10
2026 年 10 月 EXPLOSION AND SHOCK WAVES Oct., 2026

DOI：10.11883/bzycj-2025-0351

真空爆炸焊接 TC4/09MnNiDR 钢复合板

及其低温性能研究 *

汪 泉 ，黄逸飞 ，胡 程 ，李雪交 ，徐小猛 1
1
3
1,2
1
（1. 安徽理工大学化工与爆破学院，安徽 淮南 232001；
2. 安徽理工大学安徽省新型爆炸材料与爆破技术工程研究中心，安徽 淮南 232001；
3. 安徽理工大学安全科学与工程学院，安徽 淮南 232001）

摘要： 为探究制备环境压力对钛/钢复合板界面形貌和力学性能的影响机制，利用爆炸焊接技术在 20、60 kPa（真
空）及 100 kPa（常压）下制备了用于−70 ℃ 低温承压环境的 TC4/09MnNiDR 钛钢复合板材（分别简称为 CP-20、CP-60 和
CP-100），并使用电子显微镜（scanning electron microscopy，SEM）、能量色散光谱（energy dispersive spectroscopy，EDS）、电
子背散射衍射（electron backscatter diffraction，EBSD）及电子探针（electron probe microanalysis，EPMA）对材料的形貌特征、
元素分布和晶体特征进行了分析。微观结构表征表明，真空制备环境显著改善复合板界面的质量，随着制备环境压力
的降低，界面波形细小且连续均匀，界面熔融层厚度减小，缺陷和脆性金属化合物减少。EBSD 分析显示，20、60 kPa 压
力下界面晶粒细化，再结晶程度提高。这表明通过调节制备环境压力可实现对复合板界面微观结构的有效调控。
EPMA 分析进一步揭示，熔岛区域主要由 Fe 和 Ti 元素组成，焊缝区域成分稳定，Ti 与 Fe 的原子数之比接近 1∶1 或
2∶1，表明界面主要形成 TiFe 和 TiFe 2 金属间化合物。得益于优化的界面结构，复合板在−70 ℃ 低温下展现出优异的
力学性能：CP-20、CP-60 和 CP-100 的拉伸强度分别为 880、911 和 867 MPa，抗冲击能量分别为 17.5、10.2 和 6.4 J，弯曲强
度分别为 1 469、1 350 和 1 167 MPa。本研究表明真空爆炸焊接是一种适用于高性能低温金属复合材料的可靠制备技术。
关键词： 真空爆炸焊接；低温应用；微观结构；力学性能；钛/钢复合板
中图分类号： O389; TG456.6 国标学科代码： 13035 文献标志码： A

Vacuum explosive welding of a TC4/09MnNiDR steel clad plate
and its low-temperature properties

1,2
1
3
1
WANG Quan , HUANG Yifei , HU Cheng , LI Xuejiao , XU Xiaomeng 1
（1. School of Chemical and Blasting Engineering, Anhui University of Science and Technology,
Huainan 232001, Anhui, China;
2. Anhui Province Engineering Research Center for New Explosive Materials and Blasting Technology,
Huainan 232001, Anhui, China;
3. School of Safety Science and Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, Anhui, China）

Abstract: Ti/steel clad plates are considered as ideal candidate materials for applications such as marine engineering and low-
temperature pressure vessels operating at −70 ℃. However, their large-scale production and application are severely restricted
by the manufacturing process and the quality of interfacial bonding. To investigate the influence mechanism of vacuum
pressure on interfacial morphology and mechanical properties, TC4/09MnNiDR (Ti/steel) clad plates were fabricated using
explosive welding under ambient pressures of 20, 60, and 100 kPa, and the fabricated clad plates were named as CP-20, CP-60
and CP-100, respectively. A specially designed vacuum chamber was employed to precisely control the environmental pressure

* 收稿日期： 2025-10-29；修回日期： 2026-03-26
基金项目： 国家自然科学基金（11872002）；安徽省自然科学基金（2408085MA006）
第一作者： 汪 泉（1980－ ），男，博士，教授，博士生导师，wqaust@163.com

103101-1