微米级超细晶粒钢细化技术的研究进展

新一代钢铁材料的主要特征表现为高洁净度、超细晶粒和高均匀化,金属材料组织的晶粒细化处理是能够同时提高材料强度和韧性的最佳强化机制。综述了微米级超细晶粒钢细化技术的主要研究成果,简述了晶粒超细化方法的具体工艺、适用条件及应用情况等,并从工业应用角度分析了现有微米级超细晶粒钢制备技术的主要问题和研究方向。     

转速对TRIP钢搅拌摩擦焊接头组织性能的影响

用搅拌摩擦焊接(friction stir welding,FSW)对相变诱发塑性(transformation-induced plasticity,TRIP)钢焊接,研究转速对TRIP钢显微组织和力学性能的影响。结果表明:FSW接头焊合区(stir zone,SZ)和热机械影响区(thermo-mechanically affect zone,TMAZ)晶粒细化、残余奥氏体含量降低,有大量马氏体生成;热影响区(heat-affected zone,HAZ)晶粒粗化、残余奥氏体含量降低,无马氏体生成。相比母材,FSW接头SZ和TMAZ显微硬度提升,HAZ显微硬度下降;低转速下,FSW接头中残余奥氏体含量较高,接头的抗拉强度912 MPa,达到母材的92.9%。母材和接头断口均呈韧性断裂特征。     

MB8镁合金及其焊接接头显微组织及力学性能的研究

通过TIG电焊机对MB8镁合金板材进行焊接,研究MB8镁合金母材及其焊接接头的显微组织和力学性能,分析焊接接头的硬度分布和应力集中系数。试验结果表明:接头焊缝区、热影响区、母材区的组织分别为粗大铸造柱状晶、大小不一的等轴晶和细小均匀的晶粒;焊缝区硬度值最低,母材区硬度值变化幅度较小,最高达48.2HV;TIG焊接接头的力学性能远低于母材,接头焊缝及近缝区晶粒粗大,焊趾处存在应力集中,同时伴有焊接残余拉应力,这些因素是导致焊接接头力学性能降低的主要原因;母材及焊接接头的拉伸断口均呈现撕裂棱形貌,表现为脆性解理断口。     

6061铝合金不同填丝MIG焊接接头组织与性能研究

用ER4047和ER5356两种焊丝作为填充材料，开展6061铝合金MIG焊接试验。研究2种焊丝对6061铝合金MIG焊接接头显微组织和力学性能的影响。通过金相观察、硬度测试、拉伸试验、成分分析，评价2种焊丝填充焊缝的组织和性能。结果表明：ER4047焊丝填充的焊缝成形较好，ER5356焊丝填充的焊缝存在严重的未熔合缺陷；ER4047焊丝填充接头热影响区晶粒较粗大，晶粒直径约为23.7～107.7μm,ER5356焊丝填充接头热影响区晶粒较细小，晶粒直径约为21.5～72.3μm;ER4047焊丝填充的焊缝硬度和拉伸强度都明显高于ER5356焊丝填充的焊缝。     

热处理对D36钢接头组织及腐蚀性能的影响

采用手工电弧焊对D36级结构用钢进行焊接,分析预热保温工艺对焊接接头微观组织、硬度的影响,并通过电化学测试评价不同工艺焊缝金属在模拟海水中的腐蚀行为。结果表明:D36钢焊接热影响区铁素体和无碳贝氏体针状平行分布,焊缝区为柱状铁素体和粒状珠光体;经预热保温的焊缝晶粒细化、组织均匀,整体硬度大于210HV1.0,冲击韧性提高,裂纹倾向降低;焊缝经100℃预热+150℃保温后,焊缝腐蚀电流密度最低,为2.4μA/cm2,腐蚀电位接近母材,电荷传递电阻达3683Ω,膜层稳定性最佳,是最优的热处理工艺。     

焊接方法对WH80钢焊接接头组织及力学性能的影响

针对WH80钢,采用3种不同的焊接工艺方法,选取合适的焊接工艺参数,成功制备3组焊接接头。通过金相组织观察、显微硬度测试、冲击性能测试及冲击断口扫描分析试验研究不同焊接方法对WH80钢焊接接头组织及力学性能的影响。结果表明:不同焊接工艺下焊接接头各区域显微组织形态及晶粒大小各有不同,焊接接头硬度差异明显,焊缝区硬度均高于热影响区;3种焊接方法相比,SMAW的焊缝硬度值最高,GMAW的次之,SAW的最低;GMAW与SMAW的常温与低温冲击韧性相对较高,SAW的最低。     

焊丝成分对6061-T6铝合金双脉冲MIG焊缝组织与性能的影响

用ER4043焊丝和ER5356焊丝对6061-T6薄板铝合金双脉冲MIG焊缝组织与性能进行研究。结果表明:用ER5356焊丝焊接时,6061-T6铝合金接头的屈服、抗拉强度及断后伸长率均高于以ER4043焊丝作为填充的焊接接头,前者的焊接系数为0.72,而后者仅为0.65;两者焊接接头的显微硬度均以焊缝为中心近似对称分布,最低值出现在接头热影响区中的淬火区,ER5356焊丝焊接时接头的硬度较ER4043焊丝高;以ER5356焊丝作为填充时,6061-T6铝合金的焊缝为细小的铸态组织,枝晶相对较细,而用ER4043焊丝焊接时,焊缝为粗大的铸态组织,且枝晶较发达,两者熔合区的近缝侧为柱状晶,靠近热影响区一侧为细小的等轴晶组织。与原始母材相比,热影响区的晶粒产生一定程度的粗化。两者淬火区的晶粒内虽然都产生少量的二次相,但以ER5356焊丝作为填充时淬火区中的二次相较细小,且呈弥散分布。     

镁合金活性TIG焊与TIG焊的接头组织与性能分析

采用TIG焊和活性TIG焊(A-TIG)方法对10mm厚的AZ31镁合金进行焊接。使用光学显微镜、扫描电镜等分析两种焊接方法焊接的接头外观形貌、显微组织等。试验结果表明:两种方法都能获得成形美观的焊缝,但采用活性剂可以获得更好的熔透效果;这两种方法获得的接头晶粒尺寸为焊缝区最大、母材区最小,并且打底焊与封面焊的组织形貌不完全相同;当采用TIG焊时,析出相主要在晶界上,而采用A-TIG焊时,在晶界与晶粒上都存在析出相;两种方法得到的焊接接头硬度都是焊缝区硬度最高,热影响区最低;两种方法得到的焊接接头强度基本一致,断裂部位在焊缝处。     

30CrMnSi钢激光焊接工艺研究

为减小薄板30CrMnSi钢的焊接变形,提高焊接效率,采用CO2激光对其进行了激光焊接工艺研究。采用激光显微镜、扫描电镜仪对微观组织进行了表征,采用显微硬度计、材料试验机等仪器对性能进行了测试。研究发现,激光焊接后的焊接接头分为焊缝区、热影响区、母材以及焊缝与热影响交界区和热影响与母材交界区5个部分。焊缝与热影响交界区显微硬度最高,母材显微硬度最低。焊接速度越快,焊缝的显微硬度越高,焊缝越窄。焊接速度越快焊接变形越小,激光功率4 kW、焊接速度8 m/min条件下,100 mm长度范围内的变形0.1 mm.激光焊接接头的抗拉强度高于母材110~170 MPa,母材为韧性断裂,断口呈典型的韧窝形态,热影响区发生脆性断裂,断口呈准解理断裂,随着焊接功率和速度的提高,热影响区的拉伸强度有降低的趋势。     

磁场频率对AZ91镁合金TIG焊的影响

外加纵向交流磁场,改变不同磁场频率,对AZ91镁板进行TIG焊。通过对接头力学特性和微观组织分析,研究磁场频率对AZ91焊接接头组织和性能的影响规律,并对磁场频率作用机理进行研究。结果表明:焊接时外加纵向交流磁场频率为20 Hz,焊缝区晶粒变得细小,焊缝中析出的β-Mg17Al12连续的网状分布态被打碎,焊缝及热影响区强度、硬度、塑性得到提高;但当磁场频率过大,焊缝组织变得粗大、力学特性下降。     

7B52-T6叠层铝合金焊接接头组织及疲劳损伤行为

用熔化极气体保护焊获得7B52-T6叠层铝合金焊接接头,研究接头的力学性能、显微组织、疲劳损伤行为。结果表明:接头各区由于成分和经历热循环不同,组织、性能存在差异,热影响区发生再结晶和不完全结晶,熔合区有部分细晶区,焊缝中心为等轴晶组织。接头抗拉强度为246 MPa,试样断裂于焊缝区,接头显微硬度分布不均匀,从焊缝中心到母材,显微硬度整体上升,热影响区硬度波动大。接头S-N曲线为σ=533.655-66.247lg N,中值疲劳强度为116 MPa,疲劳裂纹起源于接头表面气孔和距表面0.1 mm的内部气孔处,疲劳扩展区平坦,瞬断区的断裂方式为准解理断裂。     

钪锆微合金化焊丝焊接头的组织与性能

用ER5356铝镁合金焊丝和用钪和锆复合微合金化的铝镁合金焊丝对7A52铝合金板材进行手工钨电极惰性气体保护焊,随后对焊接接头的显微组织和力学性能进行了研究。结果表明,7A52铝合金焊接接头的力学性能低于基板的性能,焊缝区和热影响区是焊接接头上两个最薄弱的区域。用钪和锆复合微合金化的铝镁基合金焊丝与ER5356铝镁合金焊丝比较焊接,板材焊接接头的屈服强度和延伸率分别提高了24%和37%,分析认为其强化和韧化的机制主要是含钪和锆的化合物粒子的晶粒细化作用及其弥散强化作用。     

高强钢激光-电弧复合焊接接头力学性能研究

为弥补高强钢在传统焊接中低效、变形严重、焊缝强度低等问题,采用6 kW光纤激光器和熔化极活性气体保护电弧焊复合焊接6 mm厚度的30CrNiMo钢板,在相同焊接工艺下使用ER50-6和ER308两种焊丝,焊后对两种焊缝的组织形貌和力学性能进行研究。研究结果表明：ER50-6焊丝焊缝为细小的针状马氏体组织,而ER308焊丝焊缝为粗大的柱状晶奥氏体;两种焊丝焊缝的硬度面分布也出现较大区别,ER50-6焊丝焊缝沿熔合线出现低硬度分布,ER308焊丝焊缝则在焊缝中心下部出现低硬度集中,二者对应拉伸断裂位置分别在熔合线处和焊缝中心;通过能谱分析得知,ER308焊丝中高含量的Cr元素在焊缝上部集中,导致焊缝上部淬硬性增强,硬度大幅上升,韧性急剧下降,并最终导致焊缝力学性能的薄弱。因此,采用复合焊接搭配ER50-6焊丝,可实现对6 mm厚30CrNiMo钢板以1.0 m/min速度的高效无变形焊接,焊缝强度高达1 197 MPa.     

AZ31B镁合金FSW接头与MIG接头性能对比研究

采用FSW和MIG焊接方法对AZ31B变形镁合金进行焊接试验。结果表明:FSW接头的焊核区受摩擦热、机械搅拌和热塑流动的综合作用,形成粒度细小、晶界明显的等轴再结晶晶粒,平均直径约为5μm;MIG接头的焊缝区在电弧的高温热作用和急速冷却作用下,形成晶界明显的等轴晶,平均尺寸约为20μm;FSW焊接接头力学特性优于MIG,平均抗拉强度达到249.8 MPa,为母材抗拉强度的96.1%,平均伸长率为11.6%;两种接头的断裂面与拉伸方向的夹角约为45°,FSW接头断裂位置在热影响区,断面上有尺寸相差很大的韧窝,而MIG多出现在焊缝区,断面上有韧窝和撕裂棱。     

激光视觉焊缝跟踪系统的研究

研制了一套适合大厚板结构激光和CCD(电荷偶合器件)视觉的焊缝跟踪系统。通过减光和窄带滤光较清晰地获取了焊接情况下的接头激光图象,采用Vicual C++语言建立了一套激光图象实时采集处理软件系统,建立了焊缝跟踪实验系统。通过对平板对接焊缝不同轨迹的跟踪实验结果表明,跟踪误差小于±0.5mm。     

铜铝异种金属激光焊接焊缝成形和组织

用IPG YLS-1500型光纤激光器对TU1镀镍无氧铜和6061铝合金进行激光搭接焊试验,探究焊缝成型及显微组织,通过扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)观察并分析接头的组织形貌。结果表明:接头成型良好,铜铝充分融合,焊缝横截面处有明显的铝向铜侧扩散。铝侧熔合线到焊缝中心,先形成珊瑚状的亚共晶组织Al₂Cu+Al Cu,而后是平行排列的板条状Al₂Cu和块状Al Cu,最后为紧密排列的块状Al Cu和Al₄Cu₉。由于熔池溶液的流动,熔池中出现了不规则的"T"形晶粒。接头的剪切力达铜母材拉伸力的43.0%,为脆性断裂,接头内生成的Al₂Cu和Al₃Cu₄金属化合物是导致裂纹扩展的主要原因。     

7A52铝合金厚板搅拌摩擦焊接头性能研究

采用搅拌摩擦焊工艺对20mm厚的7A52铝合金进行了焊接,用金相显微镜、扫描电镜等分析测试手段,分析了焊接接头的组织与性能。研究表明:20mm厚的7A52铝合金,在合理的工艺参数下,接头强度可达母材的87%;焊核区发生动态再结晶,生成细小的等轴晶粒。断口分析表明,搅拌摩擦焊接头断口为明显的韧窝形貌,并用位错理论解释了微观断裂机制。     

1460合金的搅拌摩擦焊及焊后热处理工艺研究

采用搅拌摩擦焊对1460铝锂合金进行焊接,研究合金的焊接性能和焊后热处理工艺。运用显微硬度测试和拉伸力学性能测试表征焊缝力学性能;用扫描电镜、透射电镜对焊缝组织进行观察。结果表明:焊前对合金进行固溶和时效处理导致焊缝的抗拉强度降低;焊前未进行热处理的焊缝样品抗拉强度为320 MPa,与母材相当;焊后的固溶+160℃/40h时效处理使焊核区重新析出θ′(Al2Cu)和T1(Al2CuLi)相,焊缝的抗拉强度提高了75 MPa;焊缝拉伸断裂发生在热机械影响区,断裂方式由韧性断裂转变为解理断裂。