【摘要】：選取00Cr22Ni5Mo3N雙相不銹鋼為研究對(duì)象,采用焊條電弧焊和鎢極氬弧焊對(duì)其進(jìn)行焊接,然后觀察接頭組織并測試接頭的力學(xué)性能。依據(jù)00Cr22Ni5Mo3N的性能主要取決于接頭組織中相比例的特點(diǎn),對(duì)比焊接工藝方法對(duì)焊縫組織和力學(xué)性能的影響。最后,對(duì)比不同熱處理溫度對(duì)接頭的組織和力學(xué)性能影響。結(jié)果是熱輸入為1.2k J/mm的氬弧焊焊接工藝可以得到優(yōu)良的焊縫組織和良好的力學(xué)性能,同時(shí)熱影響區(qū)的組織在1050℃固溶處理后組織細(xì)小且分布均勻。
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圖片說明： 析出，因此層間溫度應(yīng)控制在150℃以下[5]。為了保證焊透，同時(shí)考慮到焊接熱輸入也會(huì)影響焊縫兩相比例，綜合考慮，熱輸入的值控制在0.5~1.5kJ/mm[6]。具體的焊接工藝和焊接坡口見表2和圖1。其1#、2#為鎢級(jí)氬弧焊試樣，3#為焊條電弧焊試樣。雙相不銹鋼的出色性能與其組織中的相比例有密切的關(guān)系，根據(jù)雙相不銹鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線和雙相不銹鋼冷卻連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線，選取3個(gè)固溶溫度分別為950、1050、1150℃，并保溫1h，以大于25℃/s的冷卻速度快速水冷[7]。2結(jié)果及分析2.1焊態(tài)組織和相比例分析圖2是利用AxioScope.A1蔡司顯微鏡拍攝的3個(gè)試樣的焊縫和熱影響區(qū)的組織，所用的腐蝕液為5ml鹽酸+1g苦味酸+100ml酒精溶液。表3是根據(jù)ASTME562《用系統(tǒng)人工點(diǎn)計(jì)數(shù)法測定體積分?jǐn)?shù)的試驗(yàn)方法》記錄的3個(gè)試樣焊縫和熱影響區(qū)中的奧氏體的體積分?jǐn)?shù)。00Cr22Ni5Mo3N雙相不銹鋼焊縫在凝固初始時(shí)，幾乎全是鐵素體組織。進(jìn)一步冷卻過程中，奧氏體相在鐵素體晶界開始生核長大。冷卻到室溫后形成鐵素體-奧氏體雙相組織。由圖2(a)、(b)、(c)可知，在焊縫組織中，奧氏體相為羽毛狀的鑄態(tài)組織。由于采用了多層多道焊，后一層對(duì)前一層起到熱處理的作用能讓焊縫中的奧氏體有充足的時(shí)間從鐵素體中析出，形成奧氏體占優(yōu)的焊縫組織。為了保證00Cr22Ni5Mo3N雙相鋼接頭的綜合性能，所以要保證焊縫中鐵素體的含量控制在30%~45%為宜[7]。在焊接過程中，焊縫附近的熱影響區(qū)組織經(jīng)受60°60°4422圖1坡口形式及焊接層次示意圖Fig.1Diagramofweldingbevelandweldingprocess(a)SMAW(b)GTAW(e)2#熱影響區(qū)(f)3#熱影響區(qū)(c)3#焊縫(d)1#(a)1熱影響區(qū)#焊縫(b)2#焊縫100μm100μm100μm100μm100μm1
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圖片說明： HotWorkingTechnology2015,Vol.44,No.23了焊接熱循環(huán)的特殊熱處理。對(duì)比圖2(d)、(e)、(f)，因?yàn)?#試樣采用了較小的熱輸入使得冷卻速度加快，熱影響區(qū)中奧氏體來不及充分析出，所以熱影響區(qū)中的鐵素體含量過高。圖2(e)、(f)相比較，在相同的熱輸入的情況下，由于SMAW對(duì)接頭的保護(hù)作用差使得熱影響區(qū)的組織粗大，鐵素體含量也較高。所以3組試樣中2#試樣的接頭組織最接近1:1。2.2拉伸試驗(yàn)根據(jù)GB/T228.1-2010《金屬材料拉伸試驗(yàn)》，用UTM5205X型電子萬能試驗(yàn)機(jī)對(duì)3種不同焊接工藝下的試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。圖3為橫向拉伸試樣尺寸，每個(gè)試樣測2次取其平均值，見表4。因?yàn)?#、2#試樣接頭熱影響區(qū)的組織和相比例接近1:1，因而其力學(xué)性能也會(huì)更好，它們的斷裂位置在母材也證明了其力學(xué)性能已經(jīng)接近甚至高于母材。3#試樣由于接頭受到多次熱循環(huán)的影響，造成鐵素體晶粒粗大，降低了接頭的抗拉強(qiáng)度，因此斷裂處在焊縫。同時(shí)根據(jù)雒設(shè)計(jì)等[8]研究顯示，00Cr22Ni5Mo3N雙相鋼焊縫析出物為Fe-Cr-Mo的金屬間化合物σ相。接頭中有σ相的存在阻礙了奧氏體和鐵素體相內(nèi)的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生位錯(cuò)塞積，，位錯(cuò)聚集在σ相周圍會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中[9]，導(dǎo)致材料脆性開裂，從而使接頭的韌性和塑性顯著下降。2.3硬度測試采用HXD-1000TMSC/LCD顯微硬度計(jì)測試硬度，加載4.903N，加載時(shí)間15s。從母材、熱影響區(qū)、焊縫金屬依次測量，每個(gè)區(qū)域均測量3次，測量結(jié)果如圖4所示。由于鐵素體相的強(qiáng)度要高于奧氏體相，所以鐵素體相的顯微硬度要高于奧氏體相的顯微硬度。由圖4可知，熱影響區(qū)的硬度最高，這是由于獲得接頭的熱影響區(qū)中的鐵素體相含量增多所致。同時(shí)，在接頭焊接過程中，所采用的焊絲比母材含有更多的合金元素含量。Cr、Mo、Ni原子能
【作者單位】： 江蘇科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院;
【分類號(hào)】：TG457.11

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本文編號(hào)：2513671