發(fā)布時(shí)間：2021-08-30 01:04

　　基于時(shí)效處理實(shí)驗(yàn)、微觀硬度測(cè)量和Fick第二定律,對(duì)Cr5Mo/A302異質(zhì)焊接接頭的C擴(kuò)散行為進(jìn)行研究,隨后對(duì)已存在200μm脫碳層的異質(zhì)焊接接頭和沒有脫碳層的焊態(tài)接頭進(jìn)行持久實(shí)驗(yàn),研究了脫碳層在不同應(yīng)力水平下對(duì)接頭壽命的影響.結(jié)果表明,隨時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng),增、脫碳現(xiàn)象加劇,增、脫碳層的寬度變化均遵循拋物線型規(guī)律,實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果與Fick第二定律擬合結(jié)果基本一致.預(yù)先形成的脫碳層在高應(yīng)力條件下,可以成倍降低接頭持久高溫壽命,導(dǎo)致接頭發(fā)生提前斷裂,但是隨著應(yīng)力水平不斷降低,斷裂時(shí)間不斷提高,預(yù)先形成的C擴(kuò)散對(duì)接頭持久壽命的影響程度不斷下降,當(dāng)應(yīng)力降低到接頭抗拉強(qiáng)度的36%以下后,其影響可以忽略.建立了C擴(kuò)散影響因子S與應(yīng)力的關(guān)系,并確定了已存在脫碳層對(duì)高溫持久壽命不產(chǎn)生影響的臨界應(yīng)力值. 

【文章來源】：金屬學(xué)報(bào). 2015,51(04)北大核心EISCICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

焊態(tài)和時(shí)效G5MdA302異質(zhì)焊接接頭增碳層區(qū)域的OM像

93,2792h和22,117,233,933,2445h.除180MPa應(yīng)力水平下,2種狀態(tài)的Cr5Mo/A302異質(zhì)焊接接頭試樣的斷裂位置在母材上以外,其余試樣均斷在緊挨著熔合線的母材熱影響區(qū).持久壽命數(shù)據(jù)表明,在高應(yīng)力水平下,焊態(tài)的Cr5Mo/A302異質(zhì)焊接接頭壽命顯著長(zhǎng)于時(shí)效處理后的焊接接頭壽命.如180MPa時(shí),焊態(tài)Cr5Mo/A302異質(zhì)焊接接頭持久壽命為時(shí)效接頭持久壽命的5.14倍.隨著應(yīng)力水平的下降,2者壽命差距逐漸縮小,當(dāng)應(yīng)力下降到80MPa時(shí),2者壽命僅相差12.4%.焊態(tài)和時(shí)效處理后Cr5Mo/A302異質(zhì)焊接接頭在550℃,100MPa實(shí)驗(yàn)條件下的斷裂位置的OM像如圖5所示.由圖可見,斷裂位置均處于脫碳層,但斷裂形態(tài)存在差異,焊態(tài)焊接接頭主裂紋平直,而時(shí)效處理后焊接接頭的主裂紋曲折,并有較多蠕變裂紋與之交匯.圖5還顯示,在持久實(shí)驗(yàn)過程中,實(shí)驗(yàn)前沒有C遷移的焊態(tài)Cr5Mo/A302異質(zhì)焊接接頭也發(fā)生了C擴(kuò)散,增碳層寬度增加了約3.3mm.實(shí)驗(yàn)前已發(fā)生C擴(kuò)散增碳層的時(shí)效態(tài)Cr5Mo/A302異質(zhì)焊接接頭試樣增碳層寬度增速較慢,僅增加了約2.3mm.3分析討論3.1C擴(kuò)散的理論計(jì)算為了進(jìn)一步對(duì)C擴(kuò)散進(jìn)行研究,并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較,利用Fick第二定律對(duì)Cr5Mo/A302焊接接頭中的C擴(kuò)散進(jìn)行了數(shù)值分析.異質(zhì)焊接接頭的C擴(kuò)散為一維空間的非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散問題,Fick第二定律的表達(dá)式可寫成[9]:圖3時(shí)效處理后Cr5Mo/A302異質(zhì)焊接接頭熔合線附近的硬度分布Fig.3HardnessdistributionneartheFLofCr5Mo/A302dissimilarjointsafteragingfordifferenttimes圖4焊態(tài)和650℃時(shí)效257h后Cr5Mo/A302異質(zhì)焊接接頭在550℃,不同應(yīng)力狀態(tài)下的持久壽命比較Fig.4CreeprupturelifecomparisonofCr5Mo/A302dis-similarjointsofas-weldandagingat650℃for257h圖5焊態(tài)和650℃時(shí)效257h后Cr5Mo/A302異質(zhì)焊接接頭在550℃,100MPa持久?

斷裂.低應(yīng)力(0.2s0.2~0.4s0.2)時(shí),蠕變損傷為晶界蠕變孔洞形核控制的損傷機(jī)理[24,25,27,28].蠕變孔洞首先在晶界處形核、長(zhǎng)大、聚集成微裂紋,逐漸發(fā)展為宏觀裂紋,最終導(dǎo)致斷裂.在該機(jī)制主導(dǎo)的斷裂過程中,蠕變孔洞的形核、長(zhǎng)大成為斷裂的主要控制因素,因此脫碳造成的蠕變強(qiáng)度降低對(duì)異質(zhì)接頭壽命的影響不如在塑性控制機(jī)制下顯著,宏觀上表現(xiàn)為隨著應(yīng)力水平的降低,焊態(tài)的異質(zhì)接頭和時(shí)效后異質(zhì)接頭蠕變壽命的差異越來越小.時(shí)效處理后Cr5Mo/A302異質(zhì)焊接接頭在550℃,80MPa實(shí)驗(yàn)條件下的脫碳層中蠕變裂紋OM像如圖8所示.由圖可見,在低應(yīng)力條件下,脫碳層晶界位置出現(xiàn)大量蠕變孔洞,裂紋沿孔洞擴(kuò)展,說明在80MPa應(yīng)力條件下,蠕變孔洞形核、長(zhǎng)大已成為Cr5Mo/A302異質(zhì)焊接接頭損傷的主導(dǎo)因素.另外,蠕變持久實(shí)驗(yàn)過程中時(shí),由于高溫的作用,異質(zhì)接頭中也會(huì)發(fā)生C擴(kuò)散,且應(yīng)力水平越低,實(shí)驗(yàn)時(shí)間越長(zhǎng),C擴(kuò)散程度越高.由于C擴(kuò)散遵循拋物線規(guī)律,可以設(shè)想,當(dāng)時(shí)間足夠長(zhǎng),兩種接頭中的C擴(kuò)散程度越來越趨于一致,C擴(kuò)散對(duì)異質(zhì)接頭造成的損傷也會(huì)逐漸趨于一致,從而蠕變壽命趨于一致.為定量表征已發(fā)生的C擴(kuò)散對(duì)Cr5Mo/A302異質(zhì)焊接接頭壽命的影響,并確定其影響與應(yīng)力水平的函數(shù)關(guān)系,定義C擴(kuò)散影響因子S用以表征已發(fā)生的C遷移對(duì)接頭壽命的影響程度:S=lgT0-lgTdlgT0(10)式中,T0為一定應(yīng)力水平下焊態(tài)接頭的持久壽命,h;Td為相同應(yīng)力水平下時(shí)效處理后接頭的持久壽命,h.S越小,已發(fā)生的C擴(kuò)散對(duì)接頭壽命的影響越小,S=0時(shí),表明已發(fā)生的C擴(kuò)散對(duì)接頭壽命沒有影響.C擴(kuò)散影響因子S與應(yīng)力s的關(guān)系如圖9所示.可以看出,隨著應(yīng)力s的降低,C擴(kuò)散影響因子S快速減小,遵循二次函數(shù)關(guān)系,其函數(shù)關(guān)系式為:σ=72.9884+554.8882×S-710.4042×S2

【參考文獻(xiàn)】：
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