超高强钢电子束焊接接头微观组织特征与力学性能研究

摘要

30CrMnSiNi2A钢是一种低合金中碳马氏体超高强度钢，因具有良好综合性能，广泛应用在机翼大梁、连接螺栓、起落架、平尾大轴等承受高应力且对塑性要求不高的重要部位。由于技术专有性和保密等原因，30CrMnSiNi2A钢电子束焊接技术对外公布可查数据较少，缺乏对其焊接工艺、热处理制度和力学性能等相互影响作用的系统研究，尤其缺乏对疲劳性能的相关研究；另外航空领域某承力部件在实际应用中迫切详细试验数据的积累和支持。因此，本文研究结果具有重要理论意义与工程应用价值。
　　本文针对工程应用中30CrMnSiNi2A钢母材，首先采用正交试验和控制变量试验开展焊接工艺参数研究和五种焊后热处理制度研究，随后详细分析了焊接工艺参数和热处理制度对电子束焊接接头宏观形貌、微观组织、焊接缺陷、硬度分布、抗拉强度及室温冲击韧性的影响，最后对热处理后母材和焊接接头进行高周疲劳试验，探讨疲劳S-N曲线与疲劳极限的变化规律。由于工程应用中必须对电子束焊接接头进行焊后热处理工艺，本文针对14mm厚度试板探讨了三种焊接工艺参数和二种焊后热处理制度的影响。试验表明：影响熔深、熔宽和深宽比的最大因素分别为加速电压+聚焦电流、焊接速度和焊接束流；在焊接工艺参数和热处理制度优化后，焊态接头横向组织呈现渐进式梯度变化，热处理态组织相差不大，主要为回火马氏体；焊接缺陷由母材原始组织缺陷引起，工程应用中需严格把控母材质量。显微硬度、拉伸和冲击韧性试验表明：三种焊接工艺参数和二种淬火温度的影响较小；焊态下接头硬度高波动大，热处理后接头数据低波动小，淬火+高温回火处理后接头硬度数据偏低，其余适中。淬火＋回火试样中，随着回火温度升高，抗拉强度和屈服应力逐渐降低，延伸率、断面收缩率和冲击韧性逐渐增加。热处理态母材和焊接接头疲劳极限分别为852MPa和834MPa，对应中值疲劳S-N曲线分别为7.01×1028=N(S)7.8268和2.57×1029=N(S)8.0289。对于热处理态焊接接头疲劳试样，低应力水平时在焊缝处断裂，高应力水平时在母材断裂。局部存在的微缺陷是影响疲劳性能的主要因素。

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第一章 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 30CrMnSiNi2A钢概述

1.3 电子束焊接原理

1.4 研究现状分析

1.5 本文主要研究内容

第二章 试验条件及试验方法

2.1 试验材料

2.2 试验方法

2.3 本章小结

第三章 工艺参数对接头宏观形貌、微观组织和缺陷影响

3.1 工艺参数对接头宏观形貌影响

3.2 工艺参数对接头微观组织影响

3.3 工艺参数对接头缺陷影响

3.4 本章小结

第四章 接头显微硬度、拉伸及冲击性能研究

4.1 显微硬度

4.2 拉伸性能

4.3 冲击性能

4.4 工艺参数分析

4.5 本章小结

第五章 热处理态30CrMnSiNi2A钢电子束焊接接头和母材疲劳性能研究

5.1 疲劳测试方法

5.2 疲劳数据统计意义分析

5.3 高周疲劳P-S-N曲线绘制

5.4 疲劳极限分析

5.5 疲劳断口分析

5.6 本章小结

第六章 结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢