焊接热模拟线能量对含稀土硼钢组织和韧性的影响

作者:赵一生 刊名:兵器材料科学与工程 上传者:刘岩

【摘要】利用焊接热模拟试验机对3种含稀土硼钢板进行焊接热循环实验,运用金相显微镜、冲击试验机等手段对不同焊接线能量对粗晶热影响区的显微组织和冲击功值进行分析和测定。结果表明:稀土镧和铈的加入量达到0.08%,含稀土硼钢的韧性出现明显转变;焊接线能量输入从12 k J/cm增加到20 k J/cm,冲击功值呈先下降后上升趋势。

全文阅读

硼钢是以硼为主要合金化元素的钢[1-3],是国际上低合金钢发展的新领域。硼在钢中的作用主要是提高钢的淬透性,其次可提高耐热钢的高温强度、蠕变强度,改善高速钢的红硬性和刀具的切削能力。硼的淬透性效果(淬火时淬硬层的深浅)与钢中的含硼量、含碳量及钢的奥氏体化温度有关。大多数超高强度钢铁新材料的开发都会考虑加入硼元素,最佳含硼量约为0.0010%,过低或过高均不能产生最好效果。通常随着含碳量的增加,硼的作用降低。在最佳奥氏体化温度下,硼的淬透性效果最大。镧和铈元素同属于镧系元素,由于镧系元素在气态时失去两个6s电子和一个5d电子或失去两个6s电子和一个4f电子所需的电离能比较低,所以一般能形成稳定的+3氧化态,在钢水中镧和铈元素易形成+3氧或硫化物。稀土在钢中有一定的固溶量,可达10-5~10-4数量级。固溶稀土可以改善与晶界有关的钢的性能,抑制晶粒长大,影响珠光体、马氏体、贝氏体的数量、形态和分布;在奥氏体区能抑制碳氮化钒析出,在铁素体区能促进碳氮化钒析出;稀土对碳化铌形态、大小、分布、数量有影响,可降低碳、铌活度,阻碍碳化铌在奥氏体区的析出。然而,稀土的加入是否对硼钢的焊接性能产生明显影响?焊接热模拟实验是研究金属新材料焊接工艺性能评价工作中的一项重要工作,测试并掌握材料在一定线能量输入后的组织和性能的影响,以及焊接热循环过程后冷却速度对材料组织和性能的影响非常必要。热循环行程不同,材料热加工后所获得的室温组织不同,从而导致材料焊缝的力学性能各异。当材料化学成分、原始状态、焊接热模拟时加热速度和高温停留时间相同时,线能量、预热温度和板厚是影响粗晶区的焊接热循环、转变方式、室温组织结构及其分布状态的3个主要因素。然而,焊接线能量是否对硼钢的韧性和金相组织产生明显影响?为与实际焊接生产工艺相结合,工艺参数全部参照现场实际焊接工艺进行选择。作者试图通过改变焊接热模拟线能量的输入,获得含稀土硼钢的组织和韧性的变化规律。1实验材料与方法实验钢化学成,分见表1。确定焊接热模拟实验线能量上限水平为20kJ/cm、下限水平为12kJ/cm的小线能量输入,进行了峰值温度为1300,线能量为12、16和20kJ/cm3个焊接热模拟实验研究,实际焊接加热及实验过程参数记录,见表2。预热温度为60,板厚为8mm。试样加工尺寸为5.5mm10.5mm65mm(不开缺口)。输入加热速率、高温停留时间、板厚、峰值温度、预热温度、线能量等已知参数,系统将自动输出参数(t8/5)和热循环实验。2结果及讨论不同焊接热模拟工艺条件下对应实验钢加热和冷却曲线和实验钢不同线能量焊接热模拟之后的冲击功值,见表3。将表3测试结果绘制焊接线能量提高和冲击功关系曲线,如图1所示。可知,1#、2#、3#实验钢随着焊接线能量的提高冲击功值变化不近相同。对于1#实钢号1#2#3#钢号1#2#3#C0.250.250.25Ti0.0500.0500.050Si0.5~1.00.5~1.00.5~1.0B0.00150.00150.0015Mn2.02.02.0Ce0.0080.080P0.0150.0150.015La0.08S0.0020.0020.002表1实验钢化学成分(质量分数/%)Table1Chemicalcompositionofteststeel(massfraction/%)表2峰值温度为1300下不同线能量对应实验钢的实际停留时间Table2Actualdwelltimefordifferentweldheatinputatpeaktemperatureof1300线能量/(kJcm-

参考文献

引证文献

问答

我要提问