Page 83 - 《爆炸与冲击》2026年第10期

第 46 卷 汪 泉，等： 真空爆炸焊接TC4/09MnNiDR钢复合板及其低温性能研究 第 10 期

09MnNiDR 09MnNiDR 09MnNiDR

Weld
interface

TC4 TC4 TC4
100 μm 100 μm 10 μm
09MnNiDR 09MnNiDR 09MnNiDR

10 μm 10 μm 10 μm

图 8 复合板 CP-20 的拉伸断口形貌
Fig. 8 Cryogenic tensile fracture morphology of clad plate CP-20
2.1.2 复合板整体低温冲击韧性分析
−70 ℃ 下夏比冲击实验试件细节及实验结果如表 3 所示。其中，试件 1 和 4 均为 100 kPa 条件下制
备，二者区别在于 V 形缺口分别开设于钢侧和钛侧；试件 2 和 3 的缺口均位于钢侧，其制备环境压力分
别为 60 和 20 kPa。冲击测试结果表明，复合板整体冲击功随制备环境压力的降低而显著增加。60 和
20 kPa 条件下试件的冲击功较 100 kPa 常压下的试件 1 分别提高 58.95% 和 171.86%，表明真空环境显著
提升了复合板整体的低温冲击韧性。需要指出的是，由于夏比冲击试件包含完整的钛层和钢层，所测得
的冲击韧性主要反映钛层本征韧性的贡献，难以直接分离出界面自身的抗冲击性能。本实验的目的在
于比较不同环境压力下制备的复合板整体低温冲击韧性的变化趋势。

表 3 冲击实验试件细节及实验结果
Table 3 Details of impact test specimens and experimental results
试件编号 取材 缺口位置 横截面积/mm 2 试件宽度/mm 试件厚度/mm 冲击吸收功/J 损伤
1 CP-100 钢侧 80 10 10 6.445 7 断裂
2 CP-60 钢侧 80 10 10 10.245 5 断裂
3 CP-20 钢侧 80 10 10 17.523 6 断裂
4 CP-100 钛侧 80 10 10 3.647 3 断裂

值得注意的是，尽管制备工艺相同，但缺口位于钛侧的试件 4 的冲击功显著低于缺口位于钢侧的试件 1。
该 现 象 表 明 ， 冲 击 载 荷 下 钛 侧 （ TC4） 为 主 要 承 力 组 件 ， 其 断 裂 行 为 主 导 整 体 失 效 过 程 ， 进 一 步 证 实
TC4/09MnNiDR 钢复合结构在低温冲击条件下较单一 09MnNiDR 钢具有显著性能优势。
对冲击断口的宏观分析（图 9）进一步揭示了真空制备环境的积极作用。常压（100 kPa）试件断裂后
呈现明显界面剥离，钢侧与钛侧断裂位置发生偏移，表明整体失效过程中界面结合质量相对较差。而在
真空环境（60 和 20 kPa）下制备的试件未出现界面剥离，裂纹扩展路径连续、平直。同时，图 9(b) 中，红色
虚线为试件 V 形切口，红色实线为裂纹延伸最宽点水平线。从图 9(b) 可以看出，真空试件断口裂纹扩展
宽度较小，且断面呈现典型闪亮晶状特征，符合解理断裂形貌的宏观判据，表明其在−70 ℃ 下表现为脆
性断裂机制。从图 9(c) 可明显发现受摆锤撞击后的裂纹扩展，低温环境降低了材料的塑性，容易使钢出
现冷脆现象，从而促进了解理。

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