Page 91 - 《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

表 4 不同爆炸焊接复合板界面退火后再结晶状态面积占比
Table 4 Area fractions of recrystallization states in the interface zones of different
explosively-welded clad plates after annealing
复合板 材料 再结晶组织面积分数/% 亚结构组织面积分数/% 变形组织面积分数/%
09MnNiDR 38.63 49.26 12.11
CP-100
TC4 51.10 19.66 29.24
09MnNiDR 39.39 38.25 22.36
CP-60
TC4 35.17 40.67 24.16
09MnNiDR 21.47 21.83 56.70
CP-20
TC4 22.68 36.26 41.06

2.6 显微硬度分析

为定量评估界面微区的力学性能，对复合板 500
CP-100、CP-60 和 CP-20 进行了显微硬度测试， CP-20
CP-60
垂直于波形界面的维氏硬度分布如图 22 所示。 450 CP-100
界面附近的硬度远超母材，这说明爆炸焊接过程
中发生了剧烈的塑性变形和加工硬化 [25-26] 。此 400
外，爆炸焊接环境压力对硬度分布影响显著：复 Vickers hardness 350
合板 CP-100 不仅界面维氏峰值硬度最高（486.66），
其整体硬度水平在整个测试区间内也整体性地 300
高于复合板 CP-60 和 CP-20；随着爆炸焊接环境
压力的降低，硬度曲线整体下移，复合板 CP-60 和 250 −400 −200 0 200 400 600
−600
CP-20 的界面峰值硬度分别降至 455.09 和 441.39。 Distance/μm
结合前述 EDS 与金相分析可知，该变化趋势主要 图 22 不同爆炸焊接复合板垂直于波形界面的维氏硬度分布
源于界面微观结构的差异。界面硬度的显著提高 Fig. 22 Distributions of Vickers hardness perpendicular to the
主要归因于形成了高硬度但脆性较大的钛-铁金 wavy interfaces in different explosively-welded clad plates
属间化合物层。在 100 kPa 的爆炸焊接环境压力下最厚的熔融层生成了最多的此类化合物，导致其硬度峰
值最高。而随着爆炸焊接环境压力的降低，熔融层减薄，生成的脆性化合物总量减少，相应地表现为界面
硬度的系统性降低。由此可见，真空环境（尤其是 20 kPa）通过抑制过量的界面熔化和脆性相生成，在保证
界面强化的同时，有效改善了其韧性，这证实了高真空环境下的焊接界面具有更可靠的综合力学性能。

3 结 论

系 统 比 较 了 在 20、 60 kPa（ 真 空 ） 和 100 kPa（ 常 压 ） 焊 接 环 境 压 力 下 爆 炸 焊 接 TC4/09MnNiDR
钢复合板界面微观结构及低温力学性能，得到的主要结论如下。
(1) 真空环境显著优化了界面结合质量。随着环境压力的降低，界面波形更细小规则连续，熔融层
厚度减小，界面氧化物和气孔等缺陷显著减少，并有效抑制了脆性金属间化合物的过度形成，最终体现
为界面脆性的降低和显微硬度的整体性下降。
(2) 真空条件下界面区域晶粒细化程度更高，高角度晶界比例增大，且局部应变分布更均匀，表明真
空环境促进了动态再结晶过程，提升了界面微观结构的完整性。
(3) 在−70 ℃ 低温环境下，真空焊接接头表现出更优异的力学性能。20、60 和 100 kPa 下抗拉强度
分别为 880、911 和 867 MPa；冲击吸收能量分别为 17.523 6、10.245 5 和 6.445 7 J；抗弯强度分别为 1 469、1 350
和 1 167 MPa，真空爆炸焊接成功制备出了界面结合强度显著优于母材、强韧性匹配卓越的 TC4/09MnNiDR
钢复合板。

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