TA1/Q235钢复合板界面结构与结合特性

在Gleeble-1500热模拟试验机上对Q235钢与TA1进行复合试验的基础上,通过SEM、能谱分析、X射线衍射和电子万能试验机等测试方法对TA1/Q235钢轧制复合板界面元素扩散、相结构以及结合强度、各组元变形规律等进行了分析,研究结果表明,TA1/Q235钢复合材料的应力-应变曲线表现为动态再结晶型,随着总压下率的增大,Q235钢与TA1的变形程度差别减小。在高温复合时,钛与钢中的铁元素发生了互扩散,有一定的扩散层,钛元素相对于铁元素扩散更为活跃,扩散量也比较大。在一定温度和变形量下,结合界面生成了金属间化合物,生成的金属间化合物主要有TiC、FeTi、Fe2Ti。850℃时,主要生成TiC,也有少量Fe2Ti。900℃时,界面生成的化合物主要是Fe2Ti。     

TA1/Q235循环累积变形复合的试验研究

通过Gleeble-1500热模拟试验机研究了不同变形温度和变形量的累积叠轧焊过程,借助扫描电镜、显微硬度仪等手段,对循环累积变形复合后的Ti/Q235复合试样的界面生成物、显微硬度进行分析.结果表明:两母材元素在界面反应生成化合物,主要有TiC和Fe2Ti;温度达到950℃,或累积变形量达到150%,界面显微硬度均有减小趋势;大变形使界面生成的脆性化合物受挤压破碎、变形、分散,有利于金属结合.     

钛/钢复合板累积叠轧焊复合工艺的试验研究

进行了TA1/Q235钛/钢的累积叠轧焊试验,研究轧制温度、轧制道次、累积压下量等工艺参数对TA1/Q235复合板组织及结合性能的影响规律。结果表明采用累积叠轧焊方法不仅可以大幅度地提高TA1/Q235的结合强度,而且还可以获得连续均匀、组织细化的Q235的结合组织。     

退火温度对TA2/Q235爆炸复合板组织性能的影响

对TA2/Q235爆炸焊接复合板在500～600℃进行了退火处理,分析了退火温度对TA2纯钛晶粒尺寸及复合板显微硬度的影响规律。结果表明:TA2/Q235爆炸焊接复合板在500～600℃退火时,TA2纯钛晶粒尺寸先增大后减小再增大,575℃退火可获得细小均匀的组织; TA2纯钛显微硬度先减小再增大再减小,575℃退火时TA2纯钛显微硬度最高;综合考虑退火温度对TA2纯钛晶粒尺寸和力学性能的影响规律,TA2/Q235爆炸焊接复合板在575℃下退火较合理。     

TA2/不锈钢/Q235复合板的界面结构和失效行为

采用热轧复合法制备了TA2/不锈钢/Q235复合板,并对其开展了不同温度的轧后退火处理.利用扫描电镜、能谱以及X射线衍射等分析了退火温度对复合板界面附近微观组织、金属间化合物等特征的影响.通过显微硬度计和平面内压缩试验研究了退火温度对复合板变形以及力学性能的影响.结果 表明:从不锈钢侧到钛侧,界面依次由σ相(富Cr的Fe基固溶体)、X相(富Cr的TiFe2相)、TiCr2 +TiFe2 TiFe等化合物组成.随着退火温度的升高,σ相和TiFe的层厚相较于X相和TiCr2 +TiFe2增加更明显.显微硬度测试表明,随着退火温度的升高,Q235层硬度逐渐降低,而Ti层硬度则是先降低后升高,硬度升高主要与元素扩散有关.平面内压缩过程中,会发生TA2与不锈钢之间的层间开裂,且随着退火温度的升高,层间开裂越早,这主要与越厚的金属间化合物易萌生裂纹有关.     

服役温度对TA2/Q235爆炸复合板剪切强度的影响

通过热处理模拟TA2/Q235爆炸复合板服役过程,揭示服役条件对复合板组织及剪切性能的影响规律,探讨剪切损伤机理,明确TA2/Q235服役温度范围。结果表明:服役温度大于200 ℃时,服役温度越高或服役时间越长,TA2/Q235爆炸焊接复合板剪切强度越低;TA2/Q235爆炸焊接复合板高温服役时结合强度降低的主要原因是界面结合区组织的二次再结晶及金属间化合物的进一步长大;TA2/Q235爆炸焊接复合板适合在500 ℃以下长时间服役,500~600 ℃服役时间不能超过7天,若提高该材料服役温度到500 ℃以上,必须严格限制复合板结合界面金属间化合物的形成。     

Q235钢摩擦叠焊单元成形焊接接头金相组织分析

针对Q235钢开展了摩擦叠焊单元成形焊接试验并对在主轴转速5 000 r/min,塞棒进给速度0.3 mm/s条件下的焊接接头的显微组织和显微组织硬度进行了测试,分析了摩擦叠焊单元成形焊接接头中不同位置的金相组织结构与摩擦焊接过程中温度和压力之间的关系,以及接头中不同位置处显微组织硬度存在差异的原因 该研究对Q235钢摩擦叠焊焊接工艺参数的研究及提高焊接接头的质量具有一定的指导意义.     

累积叠轧Nb/Zr层状复合板的微观组织与力学性能研究

采用累积叠轧法制备了初始Zr层厚度不同的两种Nb/Zr金属层状复合板并对其在叠轧过程中的微观结构、织构演化和力学性能进行了研究。结果显示, Nb/Zr层状复合材料的界面结合良好,异质界面处无金属间化合物产生。随着叠轧道次增加,层状复合结构内部形成了贯穿于多个金属层的剪切带组织,初始Zr层厚度为1 mm的复合板较Zr层厚度为2 mm的复合板易于发生Zr层的颈缩、断裂和分离。Nb层内主要为位错胞状结构, Zr层内为高位错密度晶粒与动态回复晶粒的混合组织。此外,不同初始Zr层厚度的复合板中Nb层的织构演化特征不同：当初始Zr层厚度为1 mm时,Nb表现为强立方取向;当初始Zr层厚度为2 mm时,随着叠轧道次增加,旋转立方取向始终为主导的织构组分。两种复合板中Zr层的织构演化特征一致,即经一道次叠轧后,{0001}基面双峰织构为主要织构组分。随着叠轧道次增加,基面双峰织构略有减弱,同时出现了较弱的{11-20}丝织构。单轴拉伸测试表明,随着叠轧道次增加两种不同Zr层厚度的复合板屈服强度和抗拉强度均逐渐增大,而塑性延伸率呈现先减小后增大的趋势。经三道次叠轧后两种复合板的最大延伸率分别为14.2%和16.5%。叠轧过程中各金属显著的晶粒细化、Zr层内高位错密度晶粒与动态回复晶粒共存的混合组织以及Zr织构的特征演化是贡献于复合板具有高强度和良好塑性的原因。     

累积叠轧焊对L2纯铝力学性能影响的研究

通过实验研究了轧制道次、温度与材料状态对L2纯铝力学性能的影响。结果表明：材料的抗拉强度、屈服强度和显微维氏硬度随轧制道次的增加而增加，第10道次分别为190．44MPa、152．27MPa和49．3HV（载荷100g）；室温叠轧材料的强度要高于热叠轧的，而延伸率却低于热叠轧的；半硬化态L2纯铝和完全退火态L2纯铝的强化能力是一致的，但半硬化态L2纯铝的强化幅度要低于完全退火态的。     

低温退火对累积叠轧焊纯铝板材表面剪切织构的影响

在室温、无润滑条件下,对退火态AA1070工业纯铝板材进行不同道次的累积叠轧焊合试验,然后分别取1道次和3道次板材进行不同温度30 min的低温退火处理.结果表明,同一道次的板材随退火温度的变化,其剪切织构强度有先增加再降低的趋势;不同道次的板材,剪切织构强度随温度升高的幅度不一样.     

TA2/Q235复合板用Ni基过渡层熔焊接头组织和性能

采用Ni基过渡填充材料,进行TA2/Q235复合板对接熔化焊试验,研究了接头组织形貌、成分分布、相组成及力学性能. 结果表明,近焊缝区,TA2覆层组织主要是板条α相,Q235基层组织为块状珠光体和铁素体;焊缝中Ti层组织主要为呈树枝晶生长的β相,并含有NiTi₂,Ni₃Ti,TiFe,TiFe₂和TiCr₂相,Ni基层中主要是γ-Ni,并含有少量Fe₃Ni₂,CrNi₂和(CrNiMo)化合物,Ti层与Ni基层之间存在宽约50 μm过渡层,过渡层中存在大量针叶状NiTi₂,NiTi金属间化合物,被CrNi₂相包覆,从Ti层到Ni基层,Ti元素缓慢下降,Ni元素先升高后降低,Cr,Mo元素波动升高;Ti层及与Ni基焊缝的过渡层中的金属间化合物和脆性相,提高了硬度,降低了塑韧性.     

Q235B/304复合板焊缝元素扩散分析与性能研究

采用SMAW焊接Q235B/304双金属复合板。利用光学显微镜和EDS分析焊接接头显微组织及合金元素分布,测试焊接接头力学性能。结果表明,焊缝组织主要为奥氏体和少量δ铁素体。碳钢侧熔合线附近C元素发生了少量扩散,Mo元素稀释明显,Cr元素有少量稀释,Ni元素未出现明显稀释。THNi317-THA062焊缝金属扩散层及不锈钢侧焊道未出现明显的C元素扩散和合金元素稀释。焊接接头平均抗拉强度为501 MPa,焊缝和热影响区冲击功分别为129 J和65 J,焊接接头各区硬度均低于350 HV_(10),满足技术指标和使用性能要求。     

Q345R/316L复合板镍基焊接接头性能

采用TIG和SMAW焊焊接Q345R/316L双金属复合板。利用光学显微镜、电子显微探针、力学性能测试等分析手段研究复合板焊接接头显微组织、主要化学元素分布和力学性能。结果表明,采用THNi317焊条所获得的焊接接头组织主要为奥氏体和少量δ铁素体。基层焊缝熔合线处无明显合金元素稀释,同时未形成脱碳层。焊接接头力学性能良好,无缺陷,平均抗拉强度为519 MPa,焊缝、熔合线与热影响区的冲击功分别为77 J、116 J、69 J,焊道硬度均低于350 HV_(10),满足性能要求。     

304/Q235复合板多主元高熵化焊缝的组织与性能

对304/Q235复合板进行激光填粉焊接试验,利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射、材料万能试验机及电化学工作站等,对比分析了多主元高熵化CrNi₂MnTi_0.5Al_0.5焊料及Fe基焊料所得焊接接头的微观组织、物相结构、力学性能与电化学腐蚀性能,探索了焊缝填充材料对不锈钢复合板焊缝微观组织、接头性能的影响规律。结果表明,CrNi₂MnTi_0.5Al_0.5焊料焊缝区形成了FCC及Ti₃Al颗粒的双相结构,焊缝显微硬度仅为Fe基焊料焊缝区硬度的69%~75%。两种焊接接头都有较好的抗拉强度,拉伸试样都在母材区断裂。CrNi₂MnTi_0.5Al_0.5焊料焊缝区具有最佳的耐蚀性能,其腐蚀速率约为304不锈钢的41%。     

Effect of Interlayers on Microstructure and Properties of 2205/Q235B Duplex Stainless Steel Clad Plate

In this research,2205/Q235 B clad plates were prepared by a vacuum hot rolling composite process.The effects of adding Fe,Ni,and Nb interlayers on the bonding interface structures and the shear strengths of the clad steel plates were studied.The results showed that 2205 duplex stainless steel and the three interlayers produced a large amount of plastic deformation and low-angle boundaries,and the main structures were the recrystallized and deformed grains.There were many recrystallized grains in the microstructure of the Q235 B low-carbon steel due to the low deformation in the rolling process.The Fe interlayer had better wettability with the two kinds of steel,but the lower strength led to the reduction of shear strength by about14 MPa compared with the original clad steel plate.The C element in the Q235 B low-carbon steel easily diffused into the Fe interlayer,and the clad steel plate attained a poor corrosion resistance because a large decarburization area was formed.The Nb interlayer reacted with the Mo element in the 2205 duplex stainless steel to form an Nb-Mo binary alloy,which generated long-banded ferrite.The decarburization area was also produced because the Nb reacted with the C element in the Q235 B to form hard and brittle NbCx.As a result,the shear strength was significantly reduced by about 282 MPa,and the corrosion resistance of the bonding surface was deteriorated.The Ni interlayer did not react with the alloy elements in both sides,and therefore effectively prevented element diffusion and improved the corrosion resistance of the bonding surface.Due to the low strength of the Ni interlayer and the increased number of bonding surfaces of the clad steel plates,the shear strength was reduced to some extent(about 40 MPa),but it still met the engineering application standards.     

SUS304/Q235B双金属冶金复合螺旋管激光-CMT复合焊+埋弧焊接头组织及性能

采用激光-CMT复合焊+埋弧焊的焊接工艺对SUS304/Q235B双金属冶金复合螺旋管进行了生产试制,利用OM,EDS研究了复合管焊缝微观组织特征及合金元素分布,同时检验了焊接接头的力学性能和耐腐蚀性能。结果表明,焊缝合金成分合理,合金元素稀释率低。内焊焊缝(CMT区域)微观组织为奥氏体+铁素体+碳化物析出相,内焊焊缝(LBW区域)微观组织为奥氏体+铁素体+马氏体,Q235B基层焊缝微观组织为铁素体+珠光体;焊接接头抗拉强度平均值为451 MPa,-10 ℃下焊缝及热影响区的冲击吸收能量平均值分别为167 J和236 J,焊接接头面弯、背弯180°拉伸面无裂纹(弯轴直径45 mm),焊缝硬度最高值为285 HV10;晶间腐蚀试验后,管体与焊缝弯曲180°拉伸面无裂纹(弯轴直径4 mm)。SUS304/Q235B双金属冶金复合螺旋管激光-CMT复合焊+埋弧焊接头的各项性能均符合相关标准的要求,能够满足饮用水输送工程的应用需求。创新点： 区别于传统螺旋焊管的双面埋弧焊,采用了激光-CMT复合焊(内焊)+埋弧焊(外焊)的工艺对SUS304/Q235B双金属冶金复合螺旋管进行焊接,形成了“Y+V”形的焊接接头形貌,减小了内、外焊缝的重合量,有效地控制了不锈钢复层一侧焊缝合金元素的稀释及碳钢基层一侧焊缝合金元素的过量裹入,避免了内、外焊缝高硬相的产生,提升了焊接接头的综合性能。