升温条件下激光冲击强化对工业纯钛拉伸性能和断口形貌的影响

对激光冲击强化(LSP)TA2工业纯钛拉伸试样在不同温度条件下的断口进行表征和分析,考察了温度对断口特征形貌和拉伸性能的影响。结果表明,在相同温度下,LSP后的试样比未处理试样的拉伸断口颈缩现象明显,且塑性更好。随着温度的逐渐升高,断裂形式从脆性断裂变为混合断裂、最后变为韧性断裂。     

1000 MPa级超高强钢激光复合焊接头力学性能研究

针对1000 MPa级调质超高强钢的焊接接头性能恶化等问题,选用等强匹配焊丝MG90-G和低强匹配焊丝ER80YM,对BS960E调质超高强钢实施激光-MAG电弧复合焊接接头拉伸、低温冲击韧性测试,并结合扫描等手段进行断口分析。结果表明,当焊接速度为1.32 m/min和0.72 m/min时,拉伸均断裂于母材,当焊接速度为0.72 m/min时MG90-G焊丝和ER80YM焊丝焊接接头的拉伸强度分别为1129 MPa和1145 MPa,延伸率分别为11.2%和12.5%。两种焊丝焊接接头的焊缝冲击断口均出现韧性断裂特征,而热影响区冲击断口主要表现为脆性断裂,0.72 m/min焊速条件下的焊缝冲击性能优于1.32 m/min焊速条件。随着焊接速度的降低,MG90-G焊丝焊接接头的热影响区脆性增加,但由于线能量相差不大,冲击性能的恶化不太明显。而ER80YM焊丝焊接接头的热影响区冲击韧性随着焊接速度的降低而增强。     

激光焊接不等厚异种钢接头组织与性能研究

针对汽车用钢的焊接问题,利用光学显微镜、扫描电镜、硬度和拉伸试验研究分析了不等厚异种钢激光拼焊板接头的组织及性能。结果表明,焊缝区为板条马氏体组织,板条之间有残留奥氏体组织存在。熔合区附近的组织结构比较复杂,主要由马氏体和贝氏体构成。而相变诱发塑性(TRIP)钢热影响区组织主要由贝氏体和铁素体组成,且晶粒比较细小,双相钢(DP)接头热影响区中存在显著的马氏体组织,但几乎不存在过热区组织。接头焊缝区的硬度达到母材的1.6倍以上,此外接头宏观断裂发生在薄板DP钢的母材区。     

镍基单晶高温合金孔洞区域蠕变行为原位SEM研究

本文采用扫描电镜(SEM)原位高温蠕变实验研究方法,在780℃/720 MPa的蠕变条件下,对镍基单晶高温合金开展蠕变实验,实时观察了孔洞区域显微组织原位演化过程。实验结果表明：蠕变开始后孔洞处应力集中,变形集中于孔洞区域,孔洞旁产生45°及135°方向以及垂直于应力轴的裂纹,多个孔洞共同作用可引起颈缩。颈缩发生后真实应力增加,促进颈缩区孔洞处裂纹垂直于应力轴扩展,而非颈缩区裂纹在切应力作用下沿45°以及135°方向发生扩展。此外蠕变第一阶段已经发生颈缩,导致第二以及第三阶段时间较短,缩短蠕变寿命。揭示了高温下孔洞缺陷对蠕变行为的影响规律及机制,对蠕变寿命预测及高温合金研发有一定启发意义。     

10Ni5CrMoV钢真空激光焊接焊缝的组织与性能

采用真空激光焊接方法对10Ni5CrMoV低合金高强钢进行焊接,研究了环境压力对焊缝组织和力学性能的影响。结果表明:真空激光焊接可以明显改善激光焊缝的表面成形质量,增加焊缝熔深;环境压力对焊缝组织的影响不大,对热影响区组织的影响明显;不同环境压力下得到的焊缝均由马氏体组成;在热影响区,随着环境压力的降低,碳化物逐渐析出,显微组织由马氏体向马氏体+碳化物+极少量粒状贝氏体转变,并且出现了少量铁素体;真空环境下得到的焊缝中马氏体含量降低是硬度下降的主要因素;在环境压力为10 Pa时,焊缝硬度较大气环境下的减小6.2%;拉伸试样均断裂于母材处,试样出现明显的颈缩现象,断裂方式为韧性断裂。     

车用双相钢激光焊接接头组织性能研究

为提高汽车车身用双相(DP)钢焊接构件在动态载荷下应用的可靠性,利用脉冲Nd:YAG激光器,对DP600进行激光对接焊,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度计、材料拉伸试验机等分析测试手段,研究了焊接接头的显微组织和高应变速率下的拉伸性能。结果表明,在合适的脉冲激光焊接参数下,DP600钢板可获得成形均匀的激光深熔焊缝。焊接接头的焊缝区(WZ)主要为马氏体组织,硬度高于母材;热影响区(HAZ)较窄但存在马氏体回火软化现象。焊接接头力学性能对应变速率较为敏感,随应变速率的增加,屈服强度和抗拉强度增加,而塑性均小于母材。不同应变速率下DP600对接焊拉伸断口均为韧窝形貌,呈典型的韧性断裂特征。     

DP1000高强钢激光焊接接头组织性能研究

针对先进高强双相钢的激光焊接问题,通过拉伸试验、显微硬度测试、扫描电镜(SEM)和光学显微镜(OM)等手段分析研究1.5mm厚DP1000钢板对接接头的性能和组织,讨论了接头强度和塑性降低的主要原因。研究发现激光焊接DP1000双相钢的焊接接头热影响区(HAZ)存在严重的软化现象,软化区集中在其回火区和不完全结晶区,该软化区造成焊接接头的抗拉强度下降了10%~15%,塑性下降了60%以上。强度下降的主要原因是回火区域出现了回火马氏体,其强度低于淬火马氏体;塑性下降的主要原因是焊接热影响区的软化使得焊接接头的不同区域在拉伸过程中出现不协调的变形,变形主要集中在热影响区的软化区,而焊缝金属区、母材区及焊接热影响区的硬化区几乎没有变形。     

7075高强铝合金断裂过程的动态观察

扫描电镜拉伸台是研究金属材料塑性形变及断裂过程的有效工具。但是,到目前为止发表的工作主要集中在研究第二相质点对钢延性断裂的影响,对工业中广泛应用的铝合金报导甚少。本文在S—550扫描电镜上,利用HX-TS_2型拉伸台,对7075(Al—Zn—Mg—Cu系)高强铝合金在常用的两种热处理状态—T6(时效至峰值强度)和T73(稍许过时效以获得较高的应力腐蚀开裂抗力)—以及退火状态下拉伸时孔洞的形成及其连接进行了原位动态观察。样品表面与板材轧制平面平行,拉伸轴与长横方向(T)一致。样品截面1.5×0.30mm~2,拉伸前一个宽面经抛光和浸蚀。组织中存在的夹杂物经EDAX9100/60能谱仪定量分析确定,不规则形状的白色块状相为(Fe、Mn、Cu)Al_6,接近圆形的为CuAl_2,暗灰色不规则形状的相为Mg_2Si。拉伸时同时监测包含夹杂物的几个视野,并记录载荷和位移。     

调质状态下30CrMnSiA钢的激光焊接接头性能与组织

研究了调质状态下激光焊接 30CrMnSiA钢时焊缝的金相组织、显微硬度及热影响区性能变化 ,分析了焊接接头的拉伸机械性能及拉伸试样断口形貌。结果表明 ,在焊接参数匹配和工艺技术措施选择合理的情况下 ,采用激光焊接调质状态下的 30CrMnSiA钢 ,焊接接头的性能和组织优良 ,热影响区硬化、脆化和软化等性能上的变化问题并不突出 ,焊后不需热处理即可保证焊接接头的性能。调质状态下 30CrMnSiA钢激光焊接工艺参数选定的主要出发点应是防止裂纹和保证焊缝表面成形质量。     

50mm厚SA508Gr.3Cl.2钢超窄间隙激光填丝焊接头组织与性能

采用超窄间隙坡口和光纤激光填丝多层焊工艺,焊接了50mm厚的SA508Gr.3Cl.2核电用钢,测试并分析了接头的微观组织和性能。结果表明,焊接接头无宏观缺陷;热处理后接头中部焊缝中心组织主要为上贝氏体和针状下贝氏体,母材侧热影响区的粗晶区组织为高温回火马氏体,硬度为280HV。焊接接头拉伸试样的拉伸断裂位置均位于母材,接头抗拉性能良好。接头上、中、下部位的焊缝冲击韧性均小于母材的,但焊缝冲击试样的断口形貌仍具有一定的韧性断裂特征。     

电子探针对金属断口表面的方形研究

金属的断裂表面是粗糙的、不规则的,并具有自相似性质。因此,可能用分形方法进行研究。本文用EPM-810电子探针二次电子线扫描法。研究了45号钢不同回火温度条件下拉伸试样断裂表面的分形维数与断口表面粗糙度、断裂性质及微观组织之间的关系。     

硼钢镀层对热成形激光拼焊板组织及性能的影响

研究了不同Al-Si镀层去除状态下Usibor 1500钢激光拼焊后和热成形后焊接接头的组织特征,并采用室温拉伸试验测试了热成形后焊接接头的力学性能。结果表明,拼焊后的焊缝区显微组织为粗大板条马氏体和在光学显微镜下呈白色不均匀的第二相,白色相随着去除镀层部位的增多而减少。接头拉伸断裂模式与焊缝中白色相的分布情况相关。镀层去除状态对激光拼焊板性能有着显著影响,上表面镀层的去除可显著提升接头性能;随着下表面镀层去除部位的增多,接头拉伸性能提升,且在上下表面镀层全部去除的情况下,接头的抗拉强度达到最大。     

激光焊接热输入对微合金C-Mn钢全熔透焊接接头组织性能的影响

以抗拉强度700 MPa级Nb-Ti微合金化C-Mn钢为研究对象,采用高功率光纤激光器对4.6 mm厚钢板进行了拼焊实验,研究了热输入(162、175、187、226 J/mm2)对全熔透焊接接头显微组织、显微硬度、拉伸性能及冲击韧性的影响。研究表明,4种热输入条件下,焊缝区和粗晶区组织均以板条马氏体为主,存在不同含量的贝氏体和铁素体;随着热输入的增加,粗晶区原始奥氏体晶粒尺寸逐渐增大;热输入对细晶区和混晶区的组织影响不明显。焊缝区和热影响区平均硬度均高于母材;随着热输入的提高,焊缝区硬度和焊接接头的峰值硬度逐渐降低,主要原因是热输入增大形成贝氏体和铁素体。4种热输入条件下焊接接头的抗拉强度高于母材。4种热输入条件下焊接接头冲击吸收功均高于母材,且均为韧性断裂,研究范围内的热输入对焊接接头冲击性能影响不明显。     

光纤激光入射角对高强钢对接焊焊接性能的影响

研究了光纤激光入射角变化对车用高强钢(B340/590DP)对接焊焊接性能的影响\.采用前期试验得出的激光垂直入射状态下的最优焊接参数,在该最优参数条件下,利用4 kW光纤激光器进行了1.6 mm厚的双相B340/590DP不同入射角条件下的对接焊试验。分析入射角变化对焊接件外观形貌、焊缝截面、力学性能和微观组织的影响。试验结果表明：激光入射角小于40°时焊缝外观形貌良好,组织细密均匀,能承受较大的拉剪载荷且拉剪试验均断裂在母材区;入射角大于40°时,焊缝背面形成单边焊。     

热处理对激光选区熔化成型CoCrMo合金性能影响研究

为了获得性能优良的医学植入体,需对热处理后的激光选区熔化（SLM）成型零件的性能进行研究。应用拉伸试验机和冲击试验机分别对成型件进行拉伸和冲击实验;显微硬度计测试CoCrMo合金在不同条件下的硬度差别;通过金相显微镜和扫描电子显微镜（SEM）对其表面形貌进行观察,研究其断裂机理。结果表明:未处理的SLM成型件具有较高的抗拉强度,1 200℃退火炉冷条件下具有较高的延伸率;硬度随热处理温度的升高逐渐降低;冲击功与热处理温度之间呈U型关系;随热处理温度的升高,成型件晶粒逐渐变大,内应力逐渐变低;1 200℃退火条件下的断裂机理为韧性断裂,这为激光选区熔化成型CoCrMo合金在医学植入体方面的应用提供了依据。     

低合金高强钢激光-MAG复合多层焊接头力学性能

在对16 mm厚11CrNi3MnMoV低合金高强钢采用激光-熔化极活性气体保护焊(MAG)复合多层焊技术实现可靠连接的基础上,对焊缝和母材的硬度、拉伸、冲击性能进行分析,并从断口特征方面对其断裂原因和机制进行研究。结果表明,焊缝抗拉强度达到817 MPa,比母材高13%,其断口韧窝相对细小均匀,而母材断口的粗大韧窝明显多于焊缝,表明焊缝强度高,母材韧性好。冲击试验中随着温度降低,母材冲击功保持稳定,而焊接接头冲击功逐渐减小,-40℃左右发生延-脆性转变。焊缝断口主要存在韧性断裂区和脆性断裂区,而母材只存在韧性断裂区。     

10CrSiNiCu船用高强钢光纤激光焊接接头组织和性能

为了促进船用高强钢结构激光焊接技术发展,利用光纤激光对8 mm厚的10CrSiNiCu钢板进行了填丝对接焊接。分析了焊接接头的微观组织形貌与硬度、拉伸、弯曲和冲击等力学性能,研究了焊接热输入对接头组织与性能的影响。结果表明,10CrSiNiCu钢激光焊焊缝区组织主要为马氏体+铁素体+贝氏体;热影响区粗晶区组织主要为块状铁素体+粒状贝氏体+马氏体。焊接接头硬度分布不均匀,焊缝区硬度最高,热影响区次之。当焊接线能量从5.00 k J/cm降至3.64 k J/cm时焊缝区硬度从346 HV增加至396 HV。接头拉伸试样均断裂在母材。3倍板厚压头作用下焊接试样可正向弯曲约113°,比母材降低近60°。熔合线和焊缝区的低温(-40℃)冲击功随着焊接热输入的增加而先增加后减小,在E=4.20 k J/cm时熔合线和焊缝区的冲击功最高,分别达到95 J和101 J,冲击试样断口均呈韧性断裂特征。     

层片型双相组织的拉伸变形及断裂行为的扫描电镜研究

在备有拉伸装置的扫描电镜下,观察了层片型铁素体加马氏体双相组织的变形及断裂过程。结果表明,马氏体体积分量不同会引起层片型双相组织的早期变形和断裂行为发生某些变化。当马氏体体积分量较小时,层片型双相组织中存在有较多的块状铁素体,使早期变形以块状铁素体切变为主,裂纹易在变形棱带或夹杂物等处萌生。随着马氏体体积分量增大,铁素体多呈细片状分布在马氏体片层之间,形成各种片层取向不同的区域(类珠光体团)。这种层片型双相组织可通过类珠光体团切变协调变形,并使裂纹易在类珠光体团交界、夹杂物或类珠光体团断裂处萌生。     

Q235/304异种钢激光焊接接头组织及力学性能研究

采用激光自熔焊接对Q235普通碳素钢和304奥氏体不锈钢进行异种钢焊接试验，研究不同焊接工艺参数对异种钢焊接接头的组织和力学性能的影响。试验结果表明，激光束能量密度高度集中，可以得到热影响区狭窄的高质量焊缝。根据直读光谱获取的元素含量，通过舍夫勒相图推测焊缝区域组织为马氏体组织，利用金相显微镜以及扫描电镜分析仪器验证焊缝主要由板条马氏体组织组成。显微硬度试验研究表明，焊缝区域硬度高于两侧母材。在热输入充足、焊接接头完全熔透的条件下，拉伸断裂发生在母材Q235钢一侧，说明焊接接头强度高于碳钢母材；焊接热输入不足时，会使得焊缝存在未熔合缺陷，甚至产生气孔，焊接接头拉伸断裂位置发生在焊缝中心。     

27SiMn高强钢激光-MAG复合焊接头组织和性能

利用光纤激光-金属活性气体(MAG)复合焊接方法焊接了25mm厚的27SiMn高强钢,分析了焊接接头的微观组织和力学性能。结果表明,接头钝边焊道焊缝和热影响区主要为马氏体;填充焊道的焊缝主要由晶内针状铁素体、少量先共析铁素体和上贝氏体组成,其热影响区组织以马氏体为主。焊接接头硬度分布不均匀,钝边焊道硬度的最高值出现在焊缝;填充焊道硬度的最高值出现在粗晶区,母材的硬度最低。拉伸时接头均断于母材。冲击试验结果表明,钝边焊道焊缝的冲击断口存在脆性断裂区和韧性断裂区,填充焊道焊缝的冲击断口仅观察到韧性断裂区。