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65Mn鋼激光焊接組織與硬度研究
查看:1277  發(fā)稿日期:2016-01-13 19:26:28

1 實(shí)驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

取退火狀態(tài)下的65Mn鋼棒料,其成分如表1所示。

1.2 試驗(yàn)方法

表1 基材的化學(xué)成分(質(zhì)量百分比%)


Si

Mn

Cr

0.62~0.70

0.20%

< 0.040

0.17~0.37

0.90~1.20

< 0.25

試樣采用鉬絲線切割成厚度為1mm,半徑為12.5mm半圓柱狀,使用前用400金相砂紙打磨表面,再用丙酮清洗備用。激光焊接試驗(yàn)采用TJ—HL—T5000型5kW CO2激光器,,光斑尺寸為3mm,焦距320mm, 焊縫長(zhǎng)度為25mm,采用Ar氣作為保護(hù)氣體。用GX51型奧林巴斯金相顯微鏡進(jìn)行顯微組織觀察和拍照,用D/Max-2200型全自動(dòng)X射線衍射儀進(jìn)行物相分析,用HV-1000顯微硬度計(jì)進(jìn)行顯微硬度測(cè)試,載荷砝碼200g,加載時(shí)間20s。對(duì)25個(gè)焊接試樣進(jìn)行焊后觀察,找出焊縫成形好,接頭狹窄,變形小,焊接焊縫筆直、光滑、均勻連續(xù)的三個(gè)最好試樣進(jìn)行分析,工藝如表2。

表2 激光焊接工藝參數(shù)

試樣編號(hào)

焊接功率(KW)

焊接速度(mm/s)

焦距(mm)

1

1.5

7

320

2

1.5

9

320

3

2.0

9

320

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

(a)焊縫區(qū) 100× (b)焊縫與熱影響區(qū) 500×

圖1 焊縫中心區(qū)與結(jié)合區(qū)的組織

圖1為焊縫中心→近中心區(qū)→邊緣區(qū)的組織分布,由圖1(a)可以看出,焊縫中心主要為等軸晶分布,近中心區(qū)為胞狀晶與樹枝晶的混合組織。由圖1(b)可知,在靠近熱影響區(qū)的邊緣區(qū)為少量的胞狀晶。

在進(jìn)行激光焊接時(shí),激光束與基材作用時(shí)間短,當(dāng)光束移開后,熔池金屬迅速冷卻,然后快速凝固。在靠近熔池邊緣,由于與母材接觸,液態(tài)金屬的結(jié)晶速度比熔池中心大,這樣使焊縫金屬生成胞狀晶。在近中心區(qū),由于溫度梯度沒有邊緣區(qū)高,成份過冷度大,導(dǎo)致該區(qū)焊縫金屬多數(shù)按樹枝晶長(zhǎng)大。而在焊縫中心區(qū)域,熔池金屬溫度梯度很小,熔池中未熔化的懸浮質(zhì)點(diǎn)為非自發(fā)形核的現(xiàn)成凝固表面,這些晶粒不受其他散熱條件的影響,可以自由生長(zhǎng),促使焊縫形成等軸晶[2-5]。

2.2熱影響區(qū)金相組織

圖2熱影響區(qū)的組織 500×

圖2為焊接熱影響區(qū)組織,由圖2(a)可見:焊接的熱影響區(qū)粗晶區(qū)主要是由針狀馬氏體組成,這是由于在靠近熔合線附近,溫度在1350 oC,奧氏體晶粒明顯長(zhǎng)大,快速冷卻后轉(zhuǎn)變成了粗大的高碳針狀馬氏體。

由圖2(b)可見,相變重合區(qū)主要是由較為細(xì)小的針狀馬氏體組成,這是因?yàn)椋谶@個(gè)區(qū)域,焊接時(shí)的溫度在950 oC,奧氏體晶粒來(lái)不及長(zhǎng)大,冷卻速度沒有熔合線附近快,冷卻后轉(zhuǎn)變成為細(xì)小的針狀馬氏體+鐵素體+下貝氏體組織。

在相變不完全重合區(qū),由于峰值溫度在800 oC,而且Ac1以上時(shí)間短,只有部分組織奧氏體化,冷卻后轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小針狀馬氏體+鐵素體+上貝氏體+下貝氏體組織,如圖2(c)所示。

2.3 ΧRD衍射分析

圖3為3號(hào)試樣的XRD衍射圖譜。由衍射結(jié)果可以看出,焊接接頭相組成除了基體相α—Fe外,還有Fe3C、FeSi等相。由于α—Fe的硬度較低,而Fe3C和FeSi的硬度比較高,這些相的存在,可以保證焊接區(qū)有良好的強(qiáng)韌性配合。

圖3 焊接接頭的 ΧRD衍射結(jié)果

2.4 顯微硬度分析

 

圖4 焊接接頭的顯微硬度曲線

三種焊接工藝的焊縫接頭的硬度分布曲線從圖4可以看出其硬度分布曲線的走向成三個(gè)明顯的區(qū)域:一是中間突起的平臺(tái)區(qū)域,這是焊縫區(qū)域,平均硬度為HV710,其硬度值要明顯高于其他區(qū)域;二是從平臺(tái)區(qū)域往兩邊各有一個(gè)斜率較大的坡度,說(shuō)明硬度值在這個(gè)區(qū)域有一個(gè)明顯的銳減,這部分是焊接熱影響區(qū),從上面的組織分析可以看出這部分還是有馬氏體和貝氏體存在.所以硬度值還是比較高的;第三區(qū)又是一個(gè)硬度平臺(tái),這是基材組織,平均硬度為HV230左右。

3 小結(jié)

(1) 65Mn鋼經(jīng)激光焊接后,焊接區(qū)的組織發(fā)生了較大的變化,焊縫區(qū)組織依次為細(xì)小等軸晶→枝狀晶→胞狀晶。熱影響區(qū)粗晶區(qū)為粗大的針狀馬氏體,相變重合區(qū)為細(xì)小針狀馬氏體+鐵素體+下貝氏體,不完全相變重合區(qū)為針狀馬氏體+鐵素體+上貝氏體+下貝氏體組織。

(2)焊接接頭的基體相為α—Fe,其上分布有結(jié)晶析出的Fe3C、FeSi等相。

(3)焊接接頭的硬度分布規(guī)律為:焊縫區(qū)域平均硬度最大,平均為HV710,在焊縫與熱影響結(jié)合區(qū)達(dá)到最高值為HV770,從熱影響區(qū)到基材硬度明顯下降。

 
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