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焊接实验-焊接热循环参数对组织性能的影响
       本文从以“高强度桥梁钢模拟焊接热影响区组织性能的研究”为课题,从几个方面讲述焊接热循环工艺对组织性能的影响: a、不同t8/5对组织性能的影响;b、峰值温度对组织性能的影响。
(1)实验材料
       实验材料为首钢冶炼轧制的厚度为30mm的Q460q。化学成分见表3.4.1。
       表3.4.1 实验钢化学成分 (质量,%)
No. C Si Mn P S Nb Ti Cu Cr Ni V Mo
Q460q 0.085 0.36 1.42 0.010 0.003 0.034 0.012 0.014 0.023 0.007 0.066 0.001
(2)实验方法
       对于Q460q钢,在MMS-300热力模拟实验机上模拟钢板所经历的焊接热过程。试样尺寸为11mm×11mm×55mm。模拟工艺分别为:a、加热速度为100℃/s,冷却速度t8/5=60s固定,改变峰值温度从800℃到1350℃,模拟一定焊接热输入条件下焊接HAZ不同区域;b、加热速度为100℃/s,峰值温度1350℃固定,冷却速度t8/5分别为30s、60s、100s、150s和200s,模拟不同热输入量条件下(E相当于38~117kJ/cm)的CGHAZ。
(3)实验结果与分析
       a、不同峰值温度对组织性能的影响
       图3.4.1为不同峰值温度下的模拟Q460q试样的金相组织。从图中可以看出当峰值温度为800℃时(如图3.4.1a),其组织为粗大的铁素体、细小的铁素体和细小的珠光体构成,这主要是由于在此温度下,原始组织发生部分奥氏体化,原始组织中含碳量较高的珠光体和贝氏体发生奥氏体转变,在随后的冷却过程中转变成细小的铁素体和珠光体,而原始组织中粗大的铁素体则保留下来,致使此条件下的组织大小不一;当峰值温度为900℃时(如图3.4.1b)组织为细小的铁素体和少量细小的珠光体,在此温度下,原始组织全部奥氏体化,由于峰值温度较低,在随后的冷却过程中转变为细小的铁素体和珠光体;当峰值温度为1000℃和1100℃时(如图3.4.1c、d)其组织组成为粒状铁素体组织和粒状贝氏体。当峰值温度为1200℃时(如图3.4.1e),由于峰值温度较高,相对冷却速度较快,原始的奥氏体晶界保留下来,奥氏体晶粒内部开始出现不同位向的板条贝氏体,
板条贝氏体和粒状贝氏体这两种形态的贝氏体组织交错生成,体现为粒状贝氏体对板条贝氏体起到了分割作用。
b、焊接热循环不同位置对组织性能的影响
       图3.4.2为Q460q在不同热输入条件下焊接CGHAZ的金相组织。由图中可以看出与母材相比,Q460q钢在经历焊接热循环后,晶粒严重粗化,而且在不同的热循环条件下,随着t8/5的变化,组织也发生变化。
       当冷却速度较快,即t8/5=30s时,生成的组织除少量的粒状铁素体外,主要为板条贝氏体和粒状贝氏体。板条贝氏体、粒状贝氏体和粒状铁素体均属于奥氏体中温转变产物,形貌相似。板条贝氏体是由相互平行的铁素体板条束构成,板条束由原始奥氏体晶界向晶内生长,在板条间分布着条状和短棒状的岛状组织,铁素体基体为贝氏体铁素体,岛状组织为M-A组元。粒状贝氏体与板条贝氏体相比,二者的形态相似,只是粒状贝氏体的贝氏体铁素体基体的板条变宽甚至板条形态消失,岛状组织平行分布在基体上。粒状铁素体是通过转变析出的块状先共析铁素体,岛状物呈不规则形状,无规则地分布在铁素体基体上。
       随着冷却速度的降低,当t8/5=60s时,原始的大角度奥氏体晶界逐渐消失,在原始奥氏体晶界上开始生成先共析铁素体。晶粒内部仍然由板条贝氏体、粒状贝氏体和粒状铁素体组成。随着冷却速度进一步降低,当t8/5=100s,150s和200s时试样上粒状贝氏体的岛状物的宽度逐渐变宽、长度逐渐变小,贝氏体铁素体的
板条束相对变粗,条束间的位向关系不定,呈无规则分布状态,直至逐渐消失。除了粒状贝氏体外,随着冷却速度的降低,沿奥氏体晶界析出的先共析铁素体逐 渐变大。在γ/α 相变前沿的界面上,碳向奥氏体内部扩散,使周围的奥氏体富碳,增加了奥氏体的稳定性,导致相变温度降低,相变驱动力较大,铁素体和渗碳体独立长大,组织中呈现出少量的灰黑色的团块状的珠光体。
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