焊接热循环对Ti-V-Nb微合金钢中第二相粒子的影响

利用萃取复型技术，对Ti－V－Nb微合金钢母材及模拟粗晶区中第二相粒子的形态、数量及成分进行了研究。结果表明，经热循环后，母材中形状不规则的第二相粒子变为方形，粒子的数量显著减少、尺寸增大、粒子的成分亦发生显著变化。分析表明，t8/5(800℃至500℃冷却时间)对粒子在热循环过程中的行为特点具有重要的影响，t8/5较小时，热循环过程中粒子发生溶解及长大；t8/5较大时，粒子不仅发生溶解及长大，在冷却过程中还会重新析出一些第二相粒子。     

热循环对9Ni钢接头粗晶热影响区显微组织和低温韧性的影响

采用Gleeble-3500型热模拟试验机在t8/5(800℃到500℃冷却时间)分别为6,10,30,60,100s下制备了9Ni钢接头粗晶热影响区(CGHAZ)试样,并对试样进行了低温冲击试验,研究了t8/5对CGHAZ显微组织和低温韧性的影响。结果表明:CGHAZ的显微组织主要由板条马氏体组成,当t8/5为30s时,显微组织中出现粒状贝氏体,且其数量随t8/5的延长而增多;随着t8/5的延长,CGHAZ中马氏体板条束尺寸先略有增大后减小,韧脆转变温度先升高后降低;不同t8/5下CGHAZ在-100,-125℃的冲击功都高于200J,随着冲击温度的下降,冲击断口均由韧窝形貌向准解理形貌转变。     

t_(8/5)对高强度余热处理棒材焊接热影响区组织和力学性能的影响

采用Gleeble-3500型热模拟试验机研究了不同t8/5对高强度余热处理棒材焊接热影响区(HAZ)显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着t8/5增大,粗晶热影响区(CGHAZ)的组织由羽毛状上贝氏体、短条状下贝氏体和铁素体转变为粒状贝氏体、珠光体和铁素体;HAZ的室温冲击功先增大后减小,并在t8/5=100s时达到最大;当t8/560s后,CGHAZ组织由珠光体和铁素体组成;HAZ的硬度随着t8/5增大而降低;高强度余热处理棒材能够满足实际生产需要的t8/5区间为20~300s。     

Ti-Nb微合金钢中第二相粒子对CGHAZ 组织及韧性的影响

利用碳萃取复型技术研究了含Ti-Nb微合金钢模拟粗晶区(CGHAZ)中的第二相粒子,并利用OM(光镜)、TEM(透射电镜)及系列冲击试验对含Ti-Nb微合金钢CGHAZ的组织及韧性进行了研究.研究结果表明,含Ti-Nb微合金钢中含有大量尺寸细小的TixNb1-x(CyN1-y)粒子,粒子中Nb的相对质量分数(WNb(WNb+WTi))在25%～82%之间,尺寸较大的粒子含有较多Ti,形状接近方形;尺寸较小的粒子含有较多的Nb,形状接近球形.焊接热循环后,粒子的数量显著减少、平均尺寸增大,残留的粒子变为方形.在焊接热循环过程中这些粒子能有效地阻止奥氏体晶粒长大、抑制粗大贝氏体的形成、促进针状铁素体析出及M-A组元的分解,从而显著改善低合金高强钢CGHAZ的韧性,在500～800℃的冷却时间t越长,这种改善作用越明显.     

焊后冷却时间对X80级抗大变形管线钢焊接粗晶热影响区组织的影响

利用Gleeble-3500型热力模拟试验机研究了焊后冷却时间(t8/5)对X80级抗大变形管线钢焊接粗晶热影响区(CGHAZ)组织的影响。结果表明:当t8/5大于1 000s时,CGHAZ组织主要由铁素体和少量珠光体组成;当t8/5在300～60s时,CGHAZ组织以粒状贝氏体为主;当t8/5为15s时,CGHAZ组织主要是板条贝氏体;当t8/5≤3s时,CGHAZ组织则以马氏体为主。     

热输入对09MnNiDR钢焊接热影响区粗晶区组织和韧性的影响

采用Gleeble-3800型热模拟机对09 MnNiDR钢进行热模拟试验以制备不同热输入下的焊接热影响区粗晶区(CGHAZ)试样,研究了热输入对试样显微组织、硬度和冲击韧性的影响.结果表明:随着热输入的增加,CGHAZ试样的显微组织从板条贝氏体+粒状贝氏体转变为粒状贝氏体+块状铁素体,硬度逐渐降低;不同热输入下CGHAZ试样的-70℃冲击吸收能量最高只有31 J,不满足技术要求,粒状贝氏体组织是导致韧性恶化的主要原因;随着热输入的增加,CGHAZ试样中原始奥氏体晶粒尺寸先减小后增大,导致试样-70℃冲击吸收能量先增大后减小.     

960MPa级铌钛微合金化超高强钢第二相粒子的溶解行为

采用透射电镜与能谱仪研究了960 MPa级铌钛微合金化超高强钢在不同加热温度及保温时间下第二相粒子的溶解行为。结果表明:试验钢中含有凝固过程中析出的尺寸大于1μm的方形TiN粒子,在锻造过程中应变诱导析出的尺寸为200nm~1μm的方形、椭球形TiS或Ti(C,S)粒子及尺寸小于500nm的方形、球形、椭球形(Nb,Ti)(C,N)析出相;随着加热温度的升高,第二相粒子的数量减少,尺寸增大,随着保温时间的延长,小尺寸第二相粒子的数量减少,大尺寸第二相粒子的数量增加且其棱角变得模糊,这些粒子均为铌与钛的复合析出物;为保证铌、钛的碳氮化物能够充分溶解于奥氏体中并具有合适的奥氏体晶粒尺寸,960 MPa级铌钛微合金化超高强钢合适的加热温度为1 250℃,保温时间为80min。     

不同焊接工艺下FB780钢焊接接头热影响区的显微组织和冲击韧性

用Gleeble-3500型热模拟试验机模拟单道次焊接条件下FB780钢焊接接头热影响区(HAZ)的热循环过程,研究了在不同焊接峰值温度及不同t8/5(由800℃冷却到500℃的时间)下HAZ的显微组织,并测试了不同焊接条件下HAZ的显微硬度和冲击韧性。结果表明:在t8/5相同的条件下,随着峰值温度的升高,HAZ组织粗化;当峰值温度一定时,随着t8/5的增加,铁素体板条变宽并逐渐融合,M/A组元粗化,粗大铁素体晶粒与细小准多边形铁素体晶粒混合,组织的均匀性恶化;在相同的峰值温度条件下,HAZ的硬度和冲击功均随着t8/5的增加而降低;在峰值温度为1 175℃,t8/5为6s条件下,HAZ的低温(-20℃)冲击断口形貌为韧窝花样,韧窝尺寸较大,HAZ的低温韧性与母材的相匹配,同时硬度较高,该工艺为最佳的单道次焊接工艺。     

钒含量对Ti-V微合金钢CGHAZ韧性影响研究

现阶段"Ti氧化物冶金+V微合金化"复合技术用于研发大线能量焊接用钢已引起人们的广泛关注,这种复合技术能够充分利用在Ti的氧化物上析出的Ti、V碳氮化物粒子诱导焊接粗晶热影响区大量针状铁素体形核,改善CGHAZ韧性。本研究从运用Thermo-Calc热力学软件定量计算第二相颗粒固溶析出规律入手,考察了Ti、V、O、N等元素构成的氧化及碳氮化夹杂物在诱导AF形核中的关键作用。与此同时,在研究中也利用了热力模拟试验机、力学测量设备、高倍电镜等,对V含量为0、0.05%、0.1%的Ti-V微合金钢进行大线能量焊接、力学性能测量及形貌分析。通过分析试验结果得出V元素在提高Ti-V微合金钢强度和CGHAZ韧性的一般规律,并进一步阐述了Ti-V微合金钢CGHAZ中析出夹杂物诱导AF形核机制。     

不同t_(8/5)条件下NM400耐磨钢焊接热影响区的组织及性能

利用Gleeble-3500型热模拟试验机,对NM400耐磨钢在不同热循环条件下进行焊接热模拟试验,研究了从800℃至500℃的冷却时间t8/5对焊接热影响区粗晶区和临界粗晶区组织及性能的影响。结果表明:单次热循环时,随着t8/5的增大,粗晶区硬度逐渐下降,而-20℃冲击吸收功先增加后下降;t8/5为10 s时,粗晶区冲击吸收功最高(64 J),这是因为形成了板条马氏体和下贝氏体的混合组织,且马氏体发生了自回火;二次热循环时,随着t8/5的增大,临界粗晶区硬度和冲击吸收功下降,且均低于单次热循环粗晶区的,这是由于不完全重结晶形成了粒状贝氏体和粗大上贝氏体组织;此钢焊接时,t8/5应控制在10 s左右。     

焊接热循环对U71Mn铁轨钢热影响区粗晶区组织性能的影响

U71Mn铁轨钢为高碳钢,其热影响区的粗晶区是焊接接头的薄弱部位。本文利用焊接热模拟技术、金相显微镜、维氏硬度计、冲击试验机、扫描电镜,研究分析了U71Mn铁轨钢在不同热循环下的热影响区的粗晶区显微组织、显微硬度、冲击韧性和断口形貌。研究结果表明,增加冷却时间t8／5能减少组织中马氏体含量,当t8/5〉100s时,马氏体消失;第2次热循环时,由于热循环峰值温度为1000℃,位于热影响区的细晶区,第2次热循环对第1次热循环产生的粗晶组织有细化作用,能增加硬度,提高韧性。     

压力管道在役焊接粗晶区组织与硬度研究

采用自行研制的平板腔式带压焊接模拟试验装置,以水为介质,对X70管线钢在不同内部介质压力、不同壁厚和不同焊接线能量下粗晶区的组织与硬度进行了模拟研究。结果表明:内部介质的压力对粗晶区的组织和硬度影响不大,随着线能量或板厚的减小,焊缝平均硬度和焊接热影响区最大硬度值增大。水介质从焊件带走了大量的热量,加速了焊接接头的冷却速度,热影响区形成了贝氏体铁素体和粒状贝氏体组织,虽然改变板厚和线能量,但热影响区组织组成相基本不发生变化,只是组织形态和数量发生变化。适当增大焊接线能量,能减少高硬度不平衡相的形成,从而降低焊接热影响区氢致开裂敏感性。     

焊后热处理对ASTM4130钢焊接粗晶区韧性的影响

采用焊接热模拟试验研究了焊后热处理不同保温时间对ASTM4130钢焊接粗晶区组织和韧性的影响,同时分析了预热温度对粗晶区焊后热处理效果的影响。试验结果表明,经640℃不同保温时间的焊后热处理,ASTM4130钢粗晶区未发现再热脆化现象;随着保温时间的延长,冲击功先升高后降低,在保温时间为2．0h时达到峰值;在焊后热处理工艺相同的情况下,提高预热温度冲击功却稍有降低。试验证明：预热温度200℃,焊后热处理工艺为640℃×1．5h,粗晶区可获得良好的强韧性匹配。     

中锰汽车钢焊接热影响区组织与韧性

热模拟第三代中锰汽车钢热影响粗晶区的焊接热循环,并利用扫描电镜、透射电镜、显微硬度、冲击和电子背散射衍射（Electron back scatter diffraction,EBSD）试验方法研究了焊接热循环对粗晶区显微组织、硬度和冲击韧性的影响。结果表明：中锰钢热影响粗晶区经过焊接热循环后主要为马氏体组织,当冷却速度较快时,马氏体板条间分布着大量的位错团;随着冷速的减缓,组织中有少量的贝氏体生成,且组织逐渐粗化;粗晶区的硬度随着焊后冷速的减缓呈降低的趋势,在t_8/3>33s后硬度下降缓慢;粗晶区组织中有少量的M-A组元,对冲击韧性影响不大;中锰钢粗晶区中的大角度晶界（>15°）即原奥氏体晶界、马氏体板条束界和板条块界均对裂纹有阻碍作用;大角度晶界密度可作为衡量中锰钢粗晶区的韧性指标,其与冲击韧性成正比,均随着冷速的减缓先增加再逐渐降低,在冷却速度t_8/3为8s时,大角度晶界密度最大,获得的冲击韧性相对较好。     

ROLE OF MICROSTRUCTURAL SOFTENING EVENTS IN METAL CUTTING

Oxley's model for predicting equilibrium shear angle turns out to be the most comprehensive approach that incorporates both the mechanics of metal cutting and dynamic behavior of metal during metal cutting. Oxley's prediction of equilibrium shear angle for flow chip morphology is validated in metal cutting at low cutting speeds. However, the domain of flow chip is limited by major microstructural softening events that occur at high cutting speeds particularly if the matrix is hardened by heat treatment or there is a large volume fraction of second phase particles. Dynamic recrystallisation and phase transformation are identified as major microstructural softening events occurring in the hardened matrix that cause shear localisation. Incompatibility of deformation between the matrix and second phase particles causes shear localisation due to geometric softening.

Quantitative modeling to predict the critical speed for the onset of shear localised chip morphology requires quantitative database on the dynamic flow stress behavior of materials that duly incorporates the microstructural softening events, which is the critical path. Quantitative analysis of phenomenological database in model alloys has shown that shear localisation can be suppressed by engineering glassy oxide inclusions that lubricate in-situ the tool-chip interface. This concept underlies the development of self-lubricating steel designed to suppress chemical wear in high speed machining.     

X80管线钢第二相粒子溶解及奥氏体晶粒长大行为

通过金相观察和萃取复型的方法,研究了X80管线钢在不同加热温度下奥氏体晶粒长大规律及第二相粒子的溶解规律。结果表明:随加热温度升高,奥氏体晶粒逐渐长大,当温度达1 150℃时,晶粒急剧增大;当加热温度达到1 200℃时,铌的碳氮化物几乎全部溶解于基体中。     

氮对奥氏体型热作模具钢组织和性能的影响

向奥氏体型热作模具钢中添加质量分数为0.208%的氮元素,通过显微组织观察、力学性能与热稳定性能测定,研究了氮对该钢组织和性能的影响。结果表明:加入氮后,钢中主要析出相为V(C,N),硬度提高了2HRC;在750℃时的热稳定性更佳,在20h的时效时间内硬度维持在45HRC以上;在晶界处存在形状规则的钒的碳氮化物,降低了晶界强度,使含氮钢的室温横向冲击功下降了约8%。     

铝合金双面双弧同步立焊工艺特征与接头组织性能分析

采用双面双弧同步立焊工艺方法,对8 mm厚5083铝合金进行自熔试验,I形坡口一次熔透,焊缝成形美观。通过调节两侧电弧热量配比研究熔池成形规律,并从焊接接头的微观组织、力学性能分析其连接机理。研究结果表明,随着热输入的增加,双面双弧同步立焊热量加速集聚,熔深以三次幂函数的速度增大。双面双弧同步立焊接头轮廓呈“双曲线形”,而相同热输入下的单面焊接头则呈“倒马鞍形”。总热输入一定的情况下,双面双弧接头正面熔宽随能量配比系数的增大而增大,反面熔宽随能量配比系数的增大而减小,中间熔宽基本不变,熔化面积随能量配比系数的增大先增大后减小;能量配比系数一定时,随着焊速的增大,接头熔宽和熔化面积均减小。母材组织为条带状纤维织构,热影响区发生静态回复与再结晶,变形组织消失,产生新晶粒,焊缝区主要由α-Al固溶体、β相(Al8Mg5)质点和骨骼状的Mg2Si析出相组成。焊缝的抗拉强度随着能量配比系数的增大而减小,拉伸断裂形式为韧性断裂。热影响区出现软化现象,双弧交汇区硬度低于正面焊缝区。