《Results in Materials》：Investigating the effect of annealing on the forming limit and mechanical properties of tri-layer copper/304L stainless steel /copper composite sheets
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本研究针对冷轧复合制备的Cu/304L/Cu三层复合材料存在成形性不足的问题，系统探究了不同退火温度（450℃、600℃、750℃）对其力学性能、显微组织和成形极限图（FLD）的调控作用。结果表明，退火处理通过再结晶机制显著提升了复合材料延性，600℃为临界再结晶温度，使材料在保持适当强度的同时获得最优成形性能，为多层金属复合材料的工业应用提供了重要理论依据。
在工业制造领域，兼具高强度和优良成形性的金属材料一直是科研人员追求的目标。多层金属复合材料通过将不同性能的金属层状组合，能够实现单一材料难以达到的综合性能。然而，采用冷轧复合（CRB）技术制备的层状复合材料虽然强度显著提高，但往往伴随着延性下降、成形性能不足的问题，这严重限制了其在复杂形状构件制造中的应用。如何通过合适的后处理工艺改善这类材料的成形性能，成为当前研究的关键难点。
针对这一挑战，伊朗科技大学机械工程学院的研究团队在《Results in Materials》上发表了最新研究，系统探讨了退火处理对铜/304L不锈钢/铜（Cu/304L/Cu）三层复合材料力学性能和成形行为的调控规律。研究人员发现，通过精确控制退火温度，可以有效调控复合材料的再结晶过程，从而在保持足够强度的同时显著提升其成形性能。
研究采用了多项关键技术方法：通过冷轧复合工艺制备三层复合材料，采用不同温度（450℃、600℃、750℃）进行退火处理；利用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）分析微观结构和晶体学变化；通过维氏显微硬度测试和单轴拉伸试验评估力学性能；采用Nakazima试验绘制成形极限图（FLD）评价成形性能；使用能谱分析（EDS）研究界面元素扩散行为。研究样本为自行制备的Cu/304L/Cu复合板材。
3.1. 拉伸强度
拉伸试验结果显示，未退火样品表现出最高拉伸强度（670MPa）但延性最差，断裂应变仅为10%。随着退火温度升高，材料强度逐渐降低而延性显著改善，750℃退火样品的断裂应变达到62%。杨氏模量也从未退火状态的8.075GPa降至750℃退火后的1.428GPa，表明材料软化效果明显。600℃与750℃退火样品间的强度差异较小，表明再结晶过程在600℃已基本完成。
3.2. 显微结构分析
SEM观察发现，未退火样品层间存在微小间隙，断裂面呈现脆性断裂特征。随着退火温度升高，断口韧窝数量增多、尺寸增大，450℃退火后出现少量韧窝，600℃和750℃退火样品则呈现典型的延性断裂形貌，韧窝更深更均匀，表明材料断裂模式从脆性向延性转变。
3.3. EDS分析
界面区域的能谱分析显示，退火处理后铜层与钢层之间发生了双向原子扩散，铜原子向钢层扩散，铁、镍原子向铜层有限扩散，形成了薄过渡层，但未发现金属间化合物生成，表明结合主要依靠固态原子扩散实现。
3.4. 成形极限图
成形极限测试表明，未退火样品的FLD曲线下面积最小，成形性能差。随着退火温度升高，FLD曲线整体上移，750℃退火样品表现出最优的成形性能。450℃到600℃区间成形性改善最为显著，这与再结晶过程的进行密切相关。
3.5. 显微硬度
显微硬度测试显示，未退火状态下304L不锈钢和铜层的硬度最高（分别为617HV和158HV）。随退火温度升高，两者硬度均呈下降趋势，铜层的软化更为明显，600℃后退火硬度下降趋缓，表明此温度下再结晶已基本完成。
3.6. 晶体学研究
XRD分析表明，未退火样品衍射峰强度最高，表明存在强烈的晶格取向和内部应力。随着退火温度升高，峰强先降后略有回升，峰宽变化表明位错密度降低和再结晶过程进行。600℃时出现明显再结晶特征，750℃时再结晶完成并伴随晶粒长大。
研究表明，退火处理通过再结晶过程显著改善了Cu/304L/Cu三层复合材料的综合性能。600℃被确定为该复合材料的关键再结晶温度，在此温度下退火处理可使材料获得强度与成形性的最佳平衡。微观结构分析证实，退火处理后材料从脆性断裂转变为延性断裂模式，界面结合质量显著提高，且未产生脆性金属间化合物。这些发现为多层金属复合材料的工业化热处理工艺优化提供了重要理论依据和实践指导，对推动高性能层状复合材料在航空航天、汽车制造等领域的应用具有积极意义。
