随着各种新技术、新产业的出现,对金属材料的综合性能要求也越来越苛刻。单一种类的金属或合金往往受限于资源稀缺或综合性能不足,而难以满足社会快速发展的要求。在此情况下,金属层状复合材料由于其简单的工艺与优良的综合性能,越来越受到学者、企业的广泛关注。铝合金由于其良好的成形性、耐蚀性以及质量轻、塑性高,在不锈钢/铝、钛/铝等金属层状复合材料中都能看到铝合金的身影。本课题通过研究金属层状结构的层间界面对微观组织和力学性能的影响,实现改善3003铝合金的组织性能的目的;通过设计叠层排列方式,获得不同的3003/8011异质金属层状结构的显微组织结构,实现异质金属层状复合板的强韧性控制。本文首先利用高温累积叠轧法成功制备了单层3003板、8层3003层状结构复合板、16层3003层状结构复合板,系统的研究了不同层数的金属层状结构的微观组织与性能变化规律,并探究了退火制度对层状结构强度和塑性的影响。利用累积叠轧法成功制备了三种不同叠层方式的20层3003/8011层状结构,分别进行了显微结构、力学性能之间的对比,确定了最优的叠层方式。本实验得到了以下主要结论:(1)3003层状结构可以明显改善材料的综合力学性能,随着层数的增加,强度基本不变的情况下,延伸率有很大的提高,综合力学性能得到了大幅提升。300℃×30min退火时,单层3003板屈服强度为156.67MPa,延伸率为4.17%;8层3003层状结构的屈服强度为144.67MPa,延伸率为7.79%;16层3003层状结构的屈服强度为149.67MPa,延伸率为13.98%。(2)随着退火温度的升高,层数对3003层状结构的力学性能的影响呈现出先升高后降低直至消失的趋势。退火前,16层3003层状结构的延伸率是8层的153%,是单层3003板的169%;300℃×30min退火时16层的延伸率是8层的179%,是单层3003板的335%;而550℃×30min退火时,三者相差很小,单层3003板的延伸率为32.79%,8层的延伸率为34.06%,16层延伸率为35.08%。(3)单层3003板的断口形貌是由韧窝构成,而16层3003层状结构的断口形貌则呈现出明显的不同,界面处的两侧金属分别向两个相反的方向发生整体的塑性变形,这种整体式滑动对塑性变形的贡献最大,这正是16层3003层状结构塑性远比单层3003板好的重要原因。(4)对比三种方案的硬度和力学性能值,3#方案即软硬交替层叠的层状结构的性能是最优良的。300℃×30min退火时,3#方案层状结构复合板具有优良的力学性能,其抗拉强度为147MPa,断后延伸率为20.44%。(5)与16层3003层状结构的力学性能对比可知,3003/8011软硬交替层状结构的强韧性均略有升高。300℃×30min退火时,两者的强度相差不大,但延伸率却提升了 1.46倍。TEM观察,低塑性3003铝层变形量小,产生的位错密度低,拉伸断裂过程中位错滑移到高塑性层时不宜产生裂纹;而高塑性8011铝层内存在大量的位错滑移带,变形主要发生在了 8011层,因此即使产生裂纹,当裂纹到达高塑性层时,能量被吸收,裂纹不易扩展。