B-HARD360高强耐磨钢GMAW“低强匹配”焊接接头的强韧性研究

发布时间：2017-09-25 14:37

  本文关键词：B-HARD360高强耐磨钢GMAW“低强匹配”焊接接头的强韧性研究

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【摘要】：低合金高强耐磨钢因其高耐磨性、高强韧性等优点而被广泛应用于桥梁建筑、工程机械和车辆船舶等重要行业。近年来,我国低合金高强耐磨钢的研发和生产取得了长足的进步,逐步缩小与国外同等产品质量和性能上的差距。焊接是工程领域不可或缺的加工制造方式,因此对于此类钢焊接的研究必不可少。低合金高强钢的焊接情况复杂多变,强韧性不匹配、热影响区脆化及软化问题比较突出,成为限制此类高强钢提高生产效率和在焊接结构中推广应用的关键。本文针对国产B-HARD360低合金高强耐磨钢在不预热的条件下,采用熔化极气体保护焊(GMAW)方法进行焊接试验,并对焊接接头的力学性能及显微组织进行研究,建立焊接参数、焊接材料、显微组织及力学性能之间的关系。B-HARD360钢接头设计采用V型对接接头(带垫板)的形式,选用“低强匹配”焊丝,用C02气体保护焊方法进行焊接。拉伸试验结果表明,拉伸试样均断裂于焊缝。随着焊接热输入从9.7kJ/cm增加到15.5kJ/cm,接头的平均抗拉强度从694MPa下降到658MPa。冲击试验结果表明,室温时,焊接热输入对焊缝区冲击韧性的影响较小,冲击吸收功在130J以上,表现出较优异的冲击韧性。当试验温度为0℃及-20℃时,焊缝的冲击韧性值随着热输入的增加而逐渐减小；当试验温度下降到-40℃时,热输入为12.9kJ/cm时接头焊缝区的冲击韧性值最高,平均冲击吸收功达到98J；热输入为15.5kJ/cm时焊缝区的冲击韧性值最低,平均为68J。从焊缝到热影响区再到母材,显微硬度先升高再降低,最后达到母材的硬度水平。焊缝的平均硬度较低(220HV-240HV);硬度的峰值出现在离熔合线一定距离的热影响区粗晶区；均存在一定范围的软化区,不同热输入条件下热影响区的软化程度相当,约为220HV。先焊焊道热影响区的淬硬区域消失,焊缝以及软化区的软化程度因受后焊焊道的热作用而进一步增加。采用金相显微镜及扫描电镜研究了B-HARD360钢接头的显微组织、冲击断口形貌及夹杂物成分等。焊缝组织均由先共析铁素体、侧板条铁素体和针状铁素体组成。随着焊接热输入的增加,焊缝中针状铁素体的含量逐渐降低。焊接热输入从9.7kJ/cm增加到15.5kJ/cm时,针状铁素体的含量由79.7%下降到69.3%。热影响区粗晶区为低碳马氏体组织,随着热焊接输入的增加,晶粒发生粗化。大热输入下有上贝氏体、M/A组元等组织出现,这会对粗晶区的力学性能带来不利的影响。回火区有碳化物聚集析出,成为焊接接头的软化区；随着焊接热输入的增加,先焊焊道的热影响区软化区晶粒粗化,碳化物进一步聚集析出。对不同热输入条件下各温度的冲击断口形貌的分析表明,冲击断口纤维区为韧窝断裂特征,放射区则为韧窝断裂和解理断裂的混合断裂特征。随试验温度的降低,断口断裂方式发生从韧窝+准解理向准解理+解理的转变。焊接热输入较大时,焊缝金属在低温下的解理小刻面尺寸更大,解理裂纹扩展更容易,冲击吸收功显著减小。本文研究了不预热条件下B-HARD360低合金高强钢“低强匹配”焊接接头的力学性能及显微组织,为此类钢的不预热焊接提供了试验依据和理论基础,以利于其推广和应用。
【关键词】：低合金高强钢 强韧性匹配 针状铁素体 断裂机制
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG407
【目录】：

• 摘要9-11
• ABSTRACT11-14
• 第1章 绪论14-28
• 1.1 课题背景14-15
• 1.2 低合金高强耐磨钢的应用15-19
• 1.2.1 低合金高强耐磨钢的类型15-17
• 1.2.2 低合金高强耐磨钢的性能17-18
• 1.2.3 低合金高强耐磨钢的应用领域18-19
• 1.3 低合金高强耐磨钢的焊接19-27
• 1.3.1 焊接特点19-20
• 1.3.2 接头强度匹配20-22
• 1.3.3 热影响区软化22-23
• 1.3.4 显微组织及冲击韧性23-27
• 1.4 本课题的主要研究内容27-28
• 第2章 试验材料及研究方法28-36
• 2.1 试验材料28-30
• 2.1.1 B-HARD360母材28-29
• 2.1.2 焊丝29-30
• 2.2 焊接工艺30-31
• 2.2.1 接头设计30
• 2.2.2 焊接工艺参数30-31
• 2.3 力学性能测试31-34
• 2.3.1 冲击试验31-33
• 2.3.2 拉伸试验33-34
• 2.3.3 显微硬度测试34
• 2.4 显微组织观察34-35
• 2.4.1 金相组织观察34
• 2.4.2 扫描电镜分析34-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第3章 焊接热输入对B-HARD360接头强韧性的影响36-46
• 3.1 引言36
• 3.2 对接头抗拉强度的影响36-38
• 3.3 对焊缝冲击韧性的影响38-39
• 3.4 接头的显微硬度分布39-44
• 3.5 本章小结44-46
• 第4章 B-HARD360接头组织对强韧性的影响46-56
• 4.1 引言46
• 4.2 焊缝的显微组织46-51
• 4.3 粗晶区(过热区)的显微组织51-53
• 4.4 回火区的显微组织53-54
• 4.5 本章小结54-56
• 第5章 B-HARD360接头的断裂机制56-70
• 5.1 引言56
• 5.2 断口宏观形貌56-60
• 5.3 断口微观分析60-68
• 5.3.1 延性断裂断口特征60-62
• 5.3.2 脆性断裂断口特征62-63
• 5.3.3 热输入对断裂方式的影响63-68
• 5.4 本章小结68-70
• 第6章 结论70-72
• 参考文献72-77
• 致谢77-78
• 攻读硕士学位期间发表的论文78-79
• 学位论文评阅答辩请况表79

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本文编号：917928