本文關(guān)鍵詞：激光焊條件下WC晶粒長大及接頭組織性能研究

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【摘要】：采用IPG-YLS-5000W摻鐿多模光纖激光器作為熱源,進行硬質(zhì)合金WC-20Co與45#鋼的焊接。焊接過程中采用氬氣作為保護氣體,氣體流量控制在20~25L/min之間。采用光鏡、掃描電鏡、XRD和四點彎曲試驗等分析研究焊接接頭的焊縫成形、組織分布及其力學(xué)性能,進而分析在接頭中有害復(fù)合碳化物(η相)及碳化鎢顆粒異常長大的形成因素。結(jié)果表明:選擇合適的工藝參數(shù),可以獲得WC-20Co與45#鋼成形良好的激光焊接接頭。對于無填充材料的焊件當激光功率為3.5kW,掃描速度為0.012m/s時;激光功率為4kW,掃描速度為0.016m/s時均可以獲得最佳接頭。以因瓦合金作為中間層的焊件,焊接接頭的成形整體較好,但是從綜合力學(xué)性能來看,當焊接線能量控制在125J/mm~170J/mm,激光功率控制在2kW~3kW時可以獲得成形良好外觀無缺陷的焊接接頭。焊接性研究表明:接頭中存在的主要缺陷是裂紋與氣孔,裂紋主要集中在硬質(zhì)合金/焊縫界面位置,生長方向分為由界面位置向焊縫擴展和由界面位置向硬質(zhì)合金母材方向擴展,裂紋有冷裂紋和熱裂紋兩種情況,在較高的線能量條件下出現(xiàn)較多的是沿晶斷裂,屬于熱裂紋,在較低的線能量條件下,出現(xiàn)較多的是穿晶斷裂,擴展到整個截面,外形呈寬度均勻細長的直線或折線狀,屬于冷裂紋。此外接頭中還有脆性η相Co2W4C、Fe3W3C(M6C)、M12C復(fù)合碳化物出現(xiàn),易于引起應(yīng)力集中及微裂紋,增加焊接接頭脆性。腐蝕試驗結(jié)果表明:WC-20Co硬質(zhì)合金與45#鋼焊接接頭在HNO3、H2O2和村上試劑中的腐蝕速度不一樣,在5%HNO3中的腐蝕速度最快,被腐蝕的主要是45#鋼;在5%H2O2中的腐蝕速度次之,被腐蝕的主要是復(fù)合碳化物MxC和WC;在20%村上試劑中的腐蝕速度最慢,被腐蝕的主要是復(fù)合碳化物MxC。硬質(zhì)合金/焊縫界面位置WC有熔化、聚集長大等存在狀態(tài),其中危害最大的是碳化鎢的晶粒長大(Normal Grain Growth,NGG)現(xiàn)象,它容易引起應(yīng)力集中和斷裂。這種NGG行為可以用LSW理論解釋,激光作用下,小顆粒碳化鎢溶解到因瓦合金熔池(液相)或鋼中,進而在大顆粒碳化鎢表面析出。在激光作用下,細小顆粒碳化鎢或大顆粒碳化鎢又可以通過液相遷移、聚集不斷長大。長大的過程中碳化鎢顆粒沿著某一個晶面定向長大,并且小顆粒依附于大顆粒,在這種溶解-遷移的過程中,就出現(xiàn)了異常長大(Abnormal Grain Growth,AGG)行為。彎曲試驗及斷口EDS點分析結(jié)果表明:斷裂位置較多集中在硬質(zhì)合金側(cè)的焊縫位置,即沿硬質(zhì)合金/焊縫界面的熔合線位置斷裂,微觀組織中有穿晶裂紋和沿晶裂紋兩種形式。
【關(guān)鍵詞】：WC-20Co 激光焊 η相 微觀組織 NGG
【學(xué)位授予單位】：上海工程技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG456.7
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 緒論12-26
• 1.1 硬質(zhì)合金概述12-18
• 1.1.1 硬質(zhì)合金的分類及發(fā)展趨勢13-17
• 1.1.2 硬質(zhì)合金的性能17-18
• 1.2 硬質(zhì)合金/鋼的焊接性及存在的主要問題18-19
• 1.3 硬質(zhì)合金/鋼焊接的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀19-25
• 1.3.1 釬焊19-20
• 1.3.2 擴散焊20-21
• 1.3.3 TIG焊21-22
• 1.3.4 摩擦焊22-23
• 1.3.5 電子束焊23-24
• 1.3.6 激光焊24-25
• 1.4 課題研究的主要內(nèi)容及意義25-26
• 第二章 試驗材料與試驗方法26-30
• 2.1 試驗材料26
• 2.2 試驗設(shè)備與方法26-28
• 2.2.1 焊接設(shè)備26-27
• 2.2.2 試驗方法27-28
• 2.2.3 WC-20Co與 45~#鋼的激光焊接28
• 2.3 焊接接頭成形分析28
• 2.4 焊接接頭的顯微組織結(jié)構(gòu)和成分分析28-29
• 2.5 焊接接頭的性能測試29-30
• 第三章 焊接接頭的成形分析30-41
• 3.1 硬質(zhì)合金與鋼焊接接頭的成形分析30-36
• 3.1.1 激光焊接速度對焊接接頭宏觀成形的影響32-33
• 3.1.2 激光焊接功率對焊接接頭宏觀成形的影響33-34
• 3.1.3 WC-20Co/INVAR/45~#鋼的焊接性分析34-35
• 3.1.4 WC-20Co/45~#鋼的焊接性分析35-36
• 3.2 焊縫成形及相關(guān)分析36-39
• 3.3 焊接接頭成形分析小結(jié)39-41
• 第四章 焊接接頭微觀組織及物相分析41-60
• 4.1 WC-20Co/INVAR/45~#鋼接頭激光焊微觀組織41-50
• 4.1.1 焊縫中間位置組織分析41-46
• 4.1.2 焊縫界面位置組織分析46-50
• 4.2 WC-20Co/45~#鋼焊接接頭微觀組織分析50-51
• 4.3 WC-20Co/INVAR/45~#鋼激光焊焊接接頭微區(qū)成分分析51-53
• 4.4 焊接接頭的腐蝕形貌53-56
• 4.5 物相分析56-58
• 4.6 本章小結(jié)58-60
• 第五章 焊接接頭性能及成分分析60-74
• 5.1 彎曲試驗60-65
• 5.2 斷口分析65-70
• 5.2.1 WC-20Co/INVAR/45~#鋼的斷口分析65-69
• 5.2.2 WC-20Co/45~#鋼的斷口分析69-70
• 5.3 斷口EDS分析70-72
• 5.4 本章小結(jié)72-74
• 第六章 總結(jié)與展望74-77
• 6.1 總結(jié)74-75
• 6.2 展望75-77
• 參考文獻77-81
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的相關(guān)科研成果81-82
• 致謝82-83

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