基于热模拟的G2钢双丝埋弧焊粗晶区研究

利用热模拟试验机Gleeble3500模拟单、双丝埋弧焊条件下G2钢的粗晶区组织,模拟的线能量分别为19.5 kJ/cm、25 kJ/cm、39 kJ/cm、50 kJ/cm。研究了模拟的粗晶区组织和性能。研究表明,无论在何种线能量下,G2钢粗晶区的冲击功都很低。断口均为脆性的沿晶或(和)穿晶断裂。随线能量增加,粗晶区晶粒长大,同时针片状析出物析出、聚集、长大。线能量不大于39 kJ/cm时,其对粗晶区的硬度、耐磨性等影响不大,但当线能量增加到50 kJ/cm时,粗晶区性能显著变坏。     

线能量对NM12焊丝熔敷金属道间粗晶区性能的影响

NM12是自行研制的一种新型耐磨药芯焊丝。利用Gleeble3500热模拟试验机模拟了该焊丝熔敷金属在19.5、25、39、50 k J/cm四种线能量下的道间粗晶区组织。通过冲击试验、金相观察、硬度试验和滑动磨损试验对模拟粗晶区的组织和性能进行了研究。结果显示:随着线能量的增大,模拟粗晶区的晶粒增大,析出物增多,残奥减少,组织为马氏体+碳化物+残奥;当线能量为50 k J/cm时,出现粒状贝氏体。在四种线能量下NM12焊丝熔敷金属模拟粗晶区的冲击功都很低。模拟粗晶区试样的硬度随线能量的增加而略有增加,耐磨性能随着线能量的增加先提高后小幅降低,线能量为25 k J/cm时磨损量最小。研究认为,线能量对NM12焊丝熔敷金属模拟粗晶区性能的影响不大,该焊丝可应用于双丝埋弧焊的大线能量下。     

W11焊丝熔敷金属道间粗晶区的热模拟试验

采用热模拟试验机模拟W11焊丝熔敷金属在单、双丝埋弧焊四种线能量下的粗晶区组织。通过冲击试验、断口分析、金相观察、硬度试验和滑动磨损试验对模拟粗晶区的组织和性能进行了研究。研究显示:随着线能量的增加,W11焊丝熔敷金属模拟粗晶区的冲击功增大,双丝埋弧焊粗晶区的韧性比单丝的好。随着线能量的增大,模拟粗晶区的晶粒增大,析出物增多,残奥减少。当线能量为50 k J/cm时,组织形貌有明显改变。粗晶区模拟试样的硬度和耐磨性能随着线能量的增大先降低后升高,双丝埋弧焊粗晶区的硬度和耐滑动磨损性能优于单丝埋弧焊。因此在双丝埋弧焊的大线能量下,W11焊丝粗晶区的性能得到较大改善。     

线能量对G5钢粗晶区组织性能影响的热模拟研究

利用热模拟试验机Gleeble3500模拟了G5钢在单、双丝埋弧焊时四种线能量下的粗晶区组织。通过冲击试验、断口分析、金相观察、硬度试验和滑动磨损试验,对模拟粗晶区的组织和性能进行了研究。研究显示:随线能量的增大模拟粗晶区晶粒变大,该区组织主要为马氏体+残奥+碳化物,当线能量≥39 kJ/cm时还出现贝氏体。四种线能量下的模拟粗晶区冲击功均很低,冲击试样断口均为晶粒状脆性断口,断口启裂处微观断裂机制均以沿晶断裂为主。线能量为25 kJ/cm时模拟粗晶区的硬度和耐磨性最高,进一步增加线能量硬度和耐磨性略有下降。可以认为,线能量对模拟粗晶区的组织有一定影响,但对该区性能影响不大。     

热输入对Q550D高强钢热影响区组织和性能的影响

对工程机械用Q550D钢进行不同热输入的焊接热模拟试验,研究其金相组织、硬度、冲击性能和冲击断口形貌。结果表明,模拟的粗晶区主要组织为板条贝氏体,当线能量超过20 kJ/cm时组织中还出现了少量粒状贝氏体。随着热输入的提高,原始奥氏体晶粒和贝氏体板条逐渐粗化;粗晶区的平均硬度值逐渐降低,当线能量为15 kJ/cm时粗晶区明显硬化,而当线能量达到30 kJ/cm时软化;冲击功逐渐降低,特别是当线能量超过20 J/cm时模拟的粗晶区冲击韧性严重恶化。     

新型0Cr17Mn17Mo3NiN奥氏体不锈钢模拟焊接热影响区的组织和性能

利用Gleeble-3500热模拟试验机模拟0Cr17Mn17Mo3Ni N钢在3种不同的热输入量下的焊接热循环试验。通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、冲击试验机和显微硬度计对模拟焊接热影响区粗晶区的显微组织和力学性能进行研究。结果表明:随着热输入量的增加,试验区的晶粒不断粗化;在热输入量为5 k J/cm时,粗晶区有条状碳化物析出,热输入量增加后,碳化物的析出逐渐减少直至消失;热输入量的变化对粗晶区的冲击吸收能量影响较小,其断裂机理为韧性断裂,氧化夹杂物为其裂纹源;粗晶区的显微硬度随热输入量的增加,硬度值下降,但均高于母材,不存在明显的软化区。     

高强度耐候钢Q450NQR1激光复合焊接头组织与性能

采用激光电弧复合焊对Q450NQR1高强度耐候钢进行焊接。试验结果表明:当热输入为3.54 k J/cm时,焊缝组织主要是马氏体,热输入为4.06 k J/cm时,组织主要为针状铁素体,热输入为4.93 k J/cm时,组织主要为粒状贝氏体。粗晶区组织由马氏体和粒状贝氏体组成,随着热输入的增加,粗晶区的晶粒尺寸增加,马氏体含量减少,粒状贝氏体含量增加,焊缝和粗晶区的显微硬度减小。不同热输入下焊缝金属的屈服强度和抗拉强度均高于母材,断裂位置位于母材,热输入为4.06 k J/cm的焊缝金属低温冲击韧性最高。     

工程机械用钢的焊接工艺及组织性能研究

以工程机械用钢为研究对象,采用硬度、OM、TEM+EDS等手段,研究了不同焊接线能量和焊接速度下多层焊接接头的力学性能与显微组织,并对焊缝区域的第二相及其作用机理进行了分析。结果表明,热影响区中的粗晶区和细晶区的晶粒尺寸逐渐减小,粒状贝氏体含量降低。当焊接线线能量为7.5 k J/cm,焊接速度为1.25 m/min时焊缝组织主要为针状铁素体,冲击韧度最高。     

热输入对X70管线钢焊接热影响区组织和韧性的影响

管线钢焊接突出的问题是热影响区晶粒粗化会导致接头韧性下降。利用热模拟技术和超窄间隙焊接方法对X70管线钢进行试验,得到了不同热输入下焊接热影响区粗晶区的组织,并测试了其韧性。结果表明,在室温下,当热输入低于8 k J/cm时,以板条贝氏体和少量针状铁素体组织为主,原奥氏体晶粒尺寸小于48μm,韧性与母材相当;高于8 k J/cm时,随着热输入增加,板条贝氏体和针状铁素体逐渐减少,原奥氏体晶粒逐渐长大,韧性开始急剧下降。分析认为,对于这类C含量低的管线钢,板条贝氏体的形成并不会导致韧性降低,原奥氏体晶粒不断长大才是造成韧性下降的主要原因。采用超窄间隙焊接方法,可以有效缩短高温停留时间,防止原奥氏体晶粒长大,从而避免焊接热影响区粗晶区的韧性下降。     

G3钢双丝埋弧焊粗晶区韧性的焊接热模拟研究

使用Gleeble-3500热模拟试验机对G3钢试样进行焊接热影响区粗晶区的热模拟试验,模拟的线能量分别为单丝埋弧焊的19、25 kJ/cm和双丝埋弧焊的39和50 kJ/cm。通过冲击试验和断口分析,研究了G3钢模拟双丝埋弧焊粗晶区的韧性。结果表明,无论在单丝还是双丝埋弧焊的线能量下,G3钢粗晶区的韧性均很差,冲击功在1.58~1.78 J之间,断裂机制均为沿晶断裂+解理断裂。随着线能量的增加,试样粗晶区的韧性无显著变化,G3钢本身材料特性是影响其粗晶区韧性的主要原因。     

杂质元素Sn对C-Mn钢焊接热影响区脆性的影响

对装配式钢结构用C-Mn和C-Mn-Sn钢进行了焊接热模拟试验,研究了不同焊接线能量下Sn元素对钢结构用钢显微组织、物相组成和韧-脆转变温度的影响,并分析了Sn的晶界偏聚行为及其对焊接接头热影响区脆化作用的影响。结果表明,C-Mn和C-Mn-Sn钢的韧-脆转变温度会随着焊接线能量的增加先增大后减小;当焊接线能量为36 k J/cm时,Sn对焊接热影响区起到了明显的脆化作用,而在焊接线能量为60 k J/cm和100 k J/cm时,Sn的存在并没有使焊接热影响区明显脆化;当焊接线能量为36 k J/cm时,C-Mn-Sn钢中Sn的晶界浓度测量值为0.24at%,Sn晶界浓度修正值为0.77at%;焊接线能量为60 k J/cm和100 k J/cm时,C-Mn-Sn钢中晶界的破坏使得由晶界偏聚和晶界Sn偏聚引起的脆化作用消失;在三种焊接线能量下,含Sn的C-Mn-Sn钢的显微硬度都要小于不含Sn的C-Mn钢。     

焊接热输入对低合金高强钢焊接热影响区组织性能的影响

采用CO2气体保护焊,研究了不同的焊接热输入对低合金高强钢ASTMA572GR.65钢在预热与不预热条件下焊接热影响区组织和性能的影响.研究表明,在小线能量(10kJ/cm)下,Nb(C,N)等第二相粒子在粗晶区能起到抑制晶粒长大的作用,使得晶粒比较小,而大线能量(40kJ/cm)下,这些粒子完全溶解,几乎没有起到对粗晶区晶粒长大的抑制作用.另外,小线能量(10kJ/cm)下,焊前预热有利于生成较细小的淬硬组织,对GR.65钢粗晶区的韧性起有利作用,而大线能量(40kJ/cm)下焊前预热反而使粗晶区组织粗大,并生成上贝氏体等韧性很差的组织,会对整个焊接热影响区产生不利影响.     

热输入对Inconel 625合金热影响区组织的影响

采用Gleeble3500热模拟试验机,对不同热输入条件下的Inconel 625钢焊接热影响区进行研究:热输入为5 k J/cm时,热影响区晶粒尺寸为40μm,而当热输入变为11 k J/cm时,热影响区的晶粒会急剧长大达到70μm,但是当热输入进一步增大到16 k J/cm时,晶粒尺寸趋于稳定值,70~80μm;热影响区的冲击性能会随着热输入的增大而降低,最高可以降低28%;同时利用SEM与TEM对热影响区组织析出相进行观察,其主要为(Nb,Ti)(C,N)相。     

12MnNiCrMoV钢薄板粗晶区组织对其韧性的影响

通过金相显微组织观察、硬度、冲击性能测试及热影响区热循环的有限元模拟,分析了12MnNiCrMoV钢薄板热影响区粗晶区金相显微组织、晶粒度对其强韧性以及硬度的影响。结果表明:低线能量输入时,粗晶区的组织为粒状贝氏体和块状铁素体,材料的冲击韧性和硬度较好;随着热输入能量的增大,粒状贝氏体向上贝氏体转变,且粗晶区的晶粒度减小、组织粗大,材料的冲击韧性和硬度均降低;粗晶脆化和组织脆化是12MnNiCrMoV钢薄板粗晶区韧性和硬度降低的主要原因。     

焊接线能量对隧道钢拱架焊接接头组织与性能的影响

使用激光-MIG复合焊对隧道钢拱架10Ni3Cr Mo V钢板进行了焊接试验,研究了焊接线能量对焊接接头硬度、-50℃冲击吸收功、室温力学性能和显微组织的影响。结果表明,四种焊接线能量下焊接接头的焊缝和热影响区硬度都要高于基材,且随着焊接线能量的减小,焊缝区域的显微硬度逐渐升高;焊接线能量为5.06 k J/cm时,焊接接头的焊缝上、中和下部的冲击吸收功都最大;当焊接线能量为6.85、5.82 k J/cm时,焊缝组织分别为粒状贝氏体,粒状贝氏体+针状铁素体+少量上贝氏体,而热影响区组织都主要为马氏体及少量粒状贝氏体;焊接线能量为5.06、4.48 k J/cm时,焊缝组织分别为大量针状铁素体+少量粒状贝氏体、上贝氏体、马氏体,马氏体+少量上贝氏体,而热影响区组织都主要为马氏体,随着焊接线能量的减小,马氏体板条尺寸和马氏体束群宽度逐渐减小。     

Sn对C-Mn钢焊接组织与脆性的影响

对C-Mn和C-Mn-Sn钢进行了焊接热模拟试验,研究了不同焊接线能量下Sn元素对建筑用钢显微组织、物相组成和韧-脆转变温度的影响,并分析了Sn的晶界偏聚行为及对焊接接头热影响区脆化作用的影响。结果表明,随着焊接线能量的增加,C-Mn和C-Mn-Sn钢的韧-脆转变温度都呈现为先增加而后降低的趋势;焊接线能量为36 kJ/cm时,Sn对焊接热影响区起到了明显的脆化作用,而在焊接线能量为60 kJ/cm和100 k J/cm时,Sn的存在并没有使焊接热影响区明显脆化;当焊接线能量为36 k J/cm时,C-Mn-Sn钢中Sn晶界浓度修正值为0.77at.%;焊接线能量为60 kJ/cm和100 kJ/cm时,C-Mn-Sn钢中晶界的破坏使得晶界偏聚和由晶界Sn偏聚引起的脆化作用消失;在三种焊接线能量下,含Sn的C-Mn-Sn钢的显微硬度都要小于不含Sn的C-Mn钢。     

Ti处理改善船体钢焊接粗晶区的低温韧性研究

采用Gleeble 1500D热模拟试验机对Ti和Al处理船体钢进行不同热输入焊接热模拟实验, 并利用OM和SEM研究了母材和热模拟粗晶区氧化物夹杂及显微组织. 结果表明: Ti处理钢中弥散分布的Ti氧化物具有良好的高温稳定性, 75 kJ/cm的焊接热输入对其形貌、成分及尺寸无影响, 能有效促进晶内针状铁素体(AF)形核长大. Al处理钢中以Al₂O₃为核心的复合夹杂高温易分解, 不能促进晶内AF形核. 线能量大于50 kJ/cm的大热输入条件下, Ti处理钢模拟粗晶区的低温韧性明显高于Al处理钢. t_8/5>40 s时, Ti处理钢中较多的晶内AF组织抑制了M-A岛形成, 细化了基体铁素体组织, Al处理钢中的TiN和Nb(C, N)第二相粒子粗化, 粗晶区晶粒异常长大, 大于Ti处理钢中的奥氏体晶粒尺寸.     

复合型高铌耐火钢热影响区粗晶区的低温冲击韧性

采用热模拟方法及激光共聚焦高温显微分析方法研究了高铌耐火钢的逆转变奥氏体长大机制及其热影响区粗晶区的低温冲击韧性。以低锰、高铌、超低碳的化学成分体系设计，提高了加热过程中奥氏体逆转变温度，缩短了逆转变奥氏体长大时间。激光共聚焦高温显微方法表明，形成逆转变奥氏体后，在加热过程中，奥氏体初期以晶界迁移长大，长大速度小，之后结合晶粒合并的方式，没有发现吞并长大的方式，且在冷却过程中没有晶粒长大。因而，在焊接热循环作用下，奥氏体晶粒长大较小。15 kJ/cm，50 kJ/cm，75 kJ/cm埋弧焊焊接热影响粗晶区的晶粒在24～41 μm之间，细小的晶粒提高了-40 ℃的冲击韧性，冲击吸收能量均大于240 J。     

焊接线能量对转向架用SMA490BW耐候钢接头组织与性能的影响

对转向架SMA490BW耐候钢在不同焊接线能量下进行了单丝MAG焊接试验,研究了线能量对接头显微组织与力学性能的影响。结果表明:焊接线能量在10~32 kJ/cm时,随着线能量的增加,焊缝金属中的晶内针状铁素体逐渐转变为条状或块状的铁素体,晶界侧板条铁素体尺寸增大;热影响区晶粒逐渐粗化,粒状贝氏体和晶界的先共析铁素体增加,当线能量达到32 kJ/cm时晶界的先共析铁素体几乎呈网状分布。不同线能量下,焊接接头拉伸试样均断裂于母材。随着线能量的增加,焊缝金属和热影响区的冲击功逐渐减小,对于焊缝金属、热影响区,线能量分别不超过25、32 kJ/cm时,其冲击功满足在-40℃下不小于27 J的要求。     

Zr对高强度钢热影响区第二相粒子及韧性影响

研究了0.012 4%锆对低合金高强度钢焊接热影响区粗晶区第二相粒子和冲击韧性的影响.结果表明,模拟20 kJ/cm焊接线能量下无锆钢焊接热影响区粗晶区中第二相粒子为Al-Ti复合氧化物和（Ti,Nb） N析出物.而含锆钢则是Zr-Al-Ti复合氧化物及（Al,Ti,Nb） N和（Ti,Nb） N析出物.同时,定量数据分析表明含锆钢中氧化物和氮化物粒子密度更高且尺寸更加细小.这些高密度的细小的第二相粒子在焊接过程中能有效钉扎晶界移动,抑制奥氏体晶粒粗化,在焊接热影响区粗晶区中得到尺寸相对细小均匀的原奥氏体晶粒,使得含锆钢焊接热影响区粗晶区呈现韧性断裂和极好的低温冲击韧性.