预置中间夹层的1.6％C-UHCS/40Cr超塑性焊接

摘要

超高碳钢（UHCS）是一种新型高性能钢铁材料，钢中大量碳化物的存在导致其焊接性差，严重制约了其工程应用。本课题基于含大体积分数碳化物钢具有超塑性和采用中间夹层有利于异材固态焊接的试验事实，进行了具有大体积分数碳化物钢 UHCS预置中间夹层的超塑性焊接研究，为此类难焊材料的高质量焊接提供一种更为简便的固态焊方法。
　　本文以球化退火态的1.6％C-UHCS和整体盐浴循环淬火态的40Cr为研究对象，通过对中间夹层方案的优化设计，并进行了预置中间夹层的1.6%C-UHCS/40Cr超塑性焊接及电致超塑性焊接工艺试验，探讨中间层处理状态、焊接工艺参数及电场对1.6%C-UHCS/40r超塑性焊接接头质量的影响，对接头组织性能进行分析检测，分析研究了中间夹层和电场在超塑性焊接中的作用，初步提出了预置中间夹层的超塑性焊接接头形成机制模型。
　　试验结果表明：预置轧制态工业纯铁中间层，当焊接温度为750℃，焊接时间为10min时，1.6%-UHCS/40Cr超塑焊接头强度比不加中间夹层的提高了35%，达到经相同热力循环下40Cr母材的强度水平。施加合适的电场能增强接头区的超塑效应，利于夹层与两侧母材的焊合，同时电场能促进扩散，改善接头区夹层组织，提高接头质量；在电场强度+3kV/cm，温度750℃下，经10min压接，接头抗拉强度最高可达728MPa，比不加电场的接头强度有所提高。预置工业纯铁中间夹层的1.6%C-UHCS/40Cr超塑性焊接接头可分为“夹层区”、“界面区”、“过渡区”、“母材区”四个特征区域。分别在40Cr和UHCS的最佳超塑性变形温度下焊接，接头区的塑变和扩散机制存在差异，接头区的组织特征和接头的断裂机制也不尽相同。750℃下焊接，获得均匀夹层区接头组织；780℃下焊接，形成了非均匀的夹层区组织，近40Cr侧夹层的粗大铁素体组织成为整个接头的薄弱环节。1.6%C-UHCS/工业纯铁/40Cr超塑性焊接接头断口大致可分为以下3个特征区域：类原始界面区、过渡区以及冶金结合区，焊接接头的主要焊接缺陷有：机械结合区、界面区显微空隙、非金属夹杂及沿晶裂纹等。预置轧制态工业纯铁中间夹层可以控制1.6%C-UHCS/40Cr界面反应，“净化”界面区组织，避免有害的相和组织的生成，降低缺陷密度；工业纯铁夹层能促进超塑焊界面的塑性变形和扩散，改善焊合率，提高焊接质量。

目录

第1章 绪论

1.1超高碳钢及其超塑性

1.2超高碳钢的超塑性固态焊接

1.3研究目的、内容及意义

第2章 试验条件及方法

2.1研究方案及技术路线

2.2中间层设计思路及选用原则

2.3试验材料及设备

2.4试验原理及方法

第3章 预置中间夹层的1.6%C-UHCS/40Cr超塑性焊接

3.1正交试验结果分析

3.2中间夹层材料及处理状态的影响

3.3焊接工艺参数的影响

3.4小结

第4章 电场作用下预置中间夹层的1.6%C-UHCS/40Cr超塑性焊接

4.1电场对接头强度的影响

4.2接头区显微组织特征

4.3电场作用分析

4.4小结

第5章 预置中间夹层的1.6%C-UHCS/40Cr超塑焊接头区显微组织观察与分析

5.1接头区组织观察分析

5.2焊接接头拉伸断口观察分析

5.3焊接缺陷

5.4中间夹层在超塑性焊接中的作用

5.5预置中间夹层的超塑性焊接机理初探

5.6小结

第6章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果