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SEM對45鋼與W9MnCrV摩擦焊焊接接頭組織分析


圖1 W9MnCrV與45鋼磨擦焊焊接接頭SEM像(Bar=5μm)

圖2 高速鋼退火后的碳化細碎區(qū)與脫碳層SEM像(Bar=10μm)

圖3 高速鋼焊后空冷的材料呈現(xiàn)的馬氏體己莺、碳化物及黑色組織,退火后的碳化細碎區(qū)與脫碳層掃描組織;45鋼一側(cè)為由鐵素體和珠光體組成的魏氏體(Bar=25μm)

圖4 為圖3白框內(nèi)的高速鋼焊后空冷的馬氏體組織的放大照片(Bar=5μm)

圖5 W9MnCrV與45鋼磨擦焊焊接接頭斷口SEM照片(Bar=100μm)
磨擦焊是利用金屬焊接表面磨擦加熱的一種熱壓焊接方法焙句。它具有焊接質(zhì)量好椰墩、焊接穩(wěn)定,適用于焊接異種金屬徘繁。磨擦焊不僅可以焊接普通的異種鋼而且還可以焊接那些常溫和高溫機構(gòu)淹误、物理性能差別很大的異種鋼和異種金屬,如銅與不銹鋼的焊接等。因此研究磨擦焊的材料組織結(jié)構(gòu),對合理地選擇工藝,發(fā)揮材料的最大使用價值,具有重要的現(xiàn)實意義嘹券。本文利用SEM對W9MnCrV與45鋼磨擦焊接頭進行了大量的觀察與研究湘发。

材料與方法

分析樣品包括三類:一是退火狀態(tài)的W9MnCrV與45鋼磨擦焊焊接接頭(880℃～890℃,5～6h)樣品;二是焊接后直接空冷的W9MnCrV與45鋼磨擦焊焊接接頭;三是斷口樣品。用S2530掃描電子顯微鏡觀察犀村。
樣品制備:W9MnCrV與45鋼磨擦焊接頭SEM觀察用的分析樣品制備方法同金相樣品的制備方法(斷口樣品除外)宰僧。
實驗用腐蝕劑:5%HNO3+95%C2H5OH;腐蝕時間為60s。

掃描電鏡觀察與分析

圖1 顯示,退火狀態(tài)的W9MnCrV與45鋼磨擦焊焊接接頭的焊縫過熱區(qū)有明顯的黑色粗大顆粒,這可能是由于頂鍛壓力不夠使其氧化或其它雜質(zhì)沒有完全被擠壓所致,其中還可看出過熱區(qū)偏45鋼方向的組織幾乎是鐵素體,而高速鋼邊的焊縫區(qū)出現(xiàn)的是明顯的脫碳層观挎。這種脫碳現(xiàn)象與材料在焊接過程中的燒損與氧化有關(guān)琴儿。因在焊縫區(qū)的脫碳,導(dǎo)致材料在淬火時對晶粒長大的阻礙,也是造成在淬火后奧氏體晶粒特別粗大的原因,乃至回火后粗大的晶粒仍隱約可見。從圖1中還可看到, 45鋼脫碳比高速鋼要嚴重一些,可能會對焊接質(zhì)量有一定的影響嘁捷。因為近焊縫區(qū)的脫碳,在淬火后導(dǎo)致奧氏體晶粒的粗大,且回火時也不能完全消滅這種現(xiàn)象凤类。同時由于焊縫區(qū)的組織不盡相同,各組織在不同條件下的膨脹系數(shù)不一樣,也可能會出現(xiàn)淬火時會有不同的組織轉(zhuǎn)變和體積變化,產(chǎn)生熱影響變形。
圖2顯示,高速鋼退火后也存在碳化細碎區(qū),緊接著脫碳層普气。這主要是由于高速磨擦的熱變形及頂鍛壓力的共同作用,使該區(qū)的碳化物多而細小,且發(fā)生不均勻偏集,沿著焊接面徑向分布,高速鋼的退火組織為索氏體和碳化物谜疤。
圖3 是焊接后空冷的試樣SEM照片。焊后空冷的材料呈現(xiàn)的組織是馬氏體现诀、碳化物及黑色組織,45鋼一側(cè)為由鐵素體和珠光體組成的魏氏體,而針狀的鐵素體分布在珠光體內(nèi)夷磕。其形成的原因可能是在焊接時由于焊接溫度高于淬火溫度,所以在焊縫附近產(chǎn)生了淬火組織,出現(xiàn)了大小不均勻的奧氏體晶粒。黑色組織形成的主要原因是由于在焊接過程中的脫碳,使得脫碳部位在高溫短時間加熱和空冷條件下不能轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w而轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,故45鋼由于過熱而呈魏氏組織仔沿。
通過對焊件試樣的焊件經(jīng)退火和空冷的兩種情況會產(chǎn)生兩種不同的結(jié)果,在產(chǎn)品中為了降低焊接裂紋,在焊后必須進行退火坐桩。通過上述對空冷試樣的分析可知,在焊接時,由于對接面附近的金屬加熱到淬火溫度,這樣在焊縫附近形成了淬火組織(高速鋼一側(cè)),45鋼由于部分過熱形成了由鐵素體、珠光體組成的魏氏體組織,由于這幾種組織的比容不同,線膨脹系數(shù)不同,則產(chǎn)生很復(fù)雜的組織應(yīng)力,而在高速鋼一側(cè),由于馬氏體塑性較小,在該區(qū)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力也將最大封锉。而經(jīng)過焊后退火, 可以防止馬氏體轉(zhuǎn)變,消除組織應(yīng)力爬蜜、熱應(yīng)力,也就防止了焊接裂紋的大量產(chǎn)生。
圖5是W9MnCrV與45鋼磨擦焊焊接接頭的斷口掃描照片,從圖中可看出45鋼比高速鋼在撕裂后產(chǎn)生的撕裂棱明顯要少,斷口斷裂的性質(zhì)主要是以韌性斷裂為主假凿。

結(jié)論

  1. W9MnCrV與45鋼磨擦焊焊接接頭掃描電鏡的觀察結(jié)果是:在該材料的焊縫處存在明顯的脫碳區(qū)披痕。
  2. 焊后保溫再直接退火是防止焊接材料產(chǎn)生大量應(yīng)力裂紋的重要措施萤野。


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