热处理对Q460D钢焊接接头微观组织和力学性能的影响

发布时间：2020-05-11 18:13

【摘要】：低合金高强钢(HSLA)因其高强度,高韧性和成本低等优点别广泛应用于机械、桥梁和车辆等领域。但高强度钢焊接难度较大,焊缝和热影响区出现的诸多缺陷,很大程度限制了高强钢在焊接结构件中的应用,所以在某些特殊结构件中需要对焊接接头进行焊后热处理,改善焊接接头的组织,从而提高焊接接头的综合性能。低合金高强钢传统的热处理方式主要是淬火-回火或正火-回火工艺,以获得马氏体组织、贝氏体组织或针状铁素体组织,进而保证钢材具有良好的强韧性。本文主要研究不同热处理工艺(直接淬火、淬火+回火和淬火+配分热处理)对Q460D钢焊接接头微观组织和力学性能的影响。试验表明:淬火-配分工艺可以在塑性和硬度损失较小的情况下,通过改变室温组织从而提高材料的强度,从而改善材料的综合性能。懫用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)等组织分析方法,及室温拉伸、维氏硬度等力学性能测试手段对焊接接头的组织和力学性能进行分析,研究初始奥氏体化温度、淬火温度、碳配分温度和碳配分时间对焊接接头组织和性能影响,并通过与传统工艺进行比较,探讨QP工艺对焊接接头组织和性能的影响规律。随奥氏体化温度升高,室温组织中的残余铁素体含量减少,细小的马奥岛组织增多且随温度升高颗粒长大。焊接接头的抗拉强度降低、延伸率有升高趋势,拉伸断口具有明显的韧性特征;两相区奥氏体化之后,随着淬火温度升高,马氏体含量减少,室温下残余奥氏体含量也减少,颗粒状的马奥岛组织增多。抗拉强度随着初淬温度升高而减低,延伸率变化趋势相反。在配分过程中,随着配分时间延长,残留奥氏体含量减少,抗拉强度逐渐降低,延伸率呈现升高趋势,在配分10s之后,碳化物增多,分布于铁素体晶界和基体上。在不同QP工艺参数下,抗拉强度的最大值850 MPa,最小值为630 MPa,延伸率最大值为26%,最小值为13%。淬火温度和配分温度对抗拉强度的影响均大于延伸率,配分时间对抗拉强度影响较小。焊接接头经过QP工艺后焊缝及热影响区的组织不均匀性得到改善,并且焊缝区的抗拉强度明显提高。对比三种热处理工艺相互可知,最佳QP工艺处理后的焊接接头抗拉强度提高50%,延伸率降低不明显,热影响区软化组织得到改善,这表明焊接接头经QP工艺处理能够得到更优异的综合性能。淬火-回火工艺可以有效的提高抗拉强度,但是塑性改善不明显。直接淬火工艺可以获得较高强度,但是延伸率仅为9%,不能够改善综合性能。三种热处理工艺的拉伸断口均为延性断裂形貌,直接淬火后的焊接接头有脆断倾向,不宜在实际生产中应用。对焊接接头进行QP处理的最佳工艺为:840℃奥氏体化15 min,300℃淬火,380℃配分300 s。
【图文】：

铁碳相图,焊接热影响区,温度范围,形核

1.1 焊接热影响区各部分别被加热的温度范围和铁碳相图的关系明[35-38]，低合金高强钢焊缝容易出现针状铁素体组织，焊缝金属的冲击韧性，加入适量的合金元素可以有效提越高，焊缝的冲击韧性就越好。关于针状铁素体形核机晶内非金属夹杂物为形核核心的，，夹杂物的存在的作用状铁素体组织形核。但是目前对于 AF 组织的形核机理还0]人采用焊接热模拟方法以及混合气体保护焊工艺条件金高强钢的使用焊接性及工艺焊接性，建立了该钢材 SH-件下模拟焊接热影响区过热区的组织及性能转变特征，的韧性最佳。2]人采用三种不同热输入条件进行 1000 MPa 级控轧控冷试验。试验结果显示,不同热输入条件下焊缝组织为板条

示意图,焊接缺陷,示意图,气孔

图 1.2 各种焊接缺陷示意图焊接接头的失效影响很大，主要产生是因为氢进入金属材料内部以后，容腐蚀，在金属内部产生梯度裂纹，在外力作用下裂纹不断延伸发生失效。主要来自于焊接过程中焊接材料吸附外界氢，如空气，水蒸气和油在高温氢，随着焊接过程融入到熔池里面，随后冷却残余在焊接接头中间。残存的氢会形成氢气孔和白点，更严重的是造成氢脆，使焊缝金属的塑性明显条件下，氢是产生冷裂纹的主要原因之一[49]中的的气孔[50,51]是在焊接过程中由于气体没有来得及溢出所形成的孔洞，原因大致可以分为两类，即外界溶入气体所形成的气孔及焊接过程化学反形成的气孔。焊接过程气孔是无法避免的，只能减少气孔，而气孔率主要速度与焊接熔池的冷却速度相关，当气泡的溢出速度大于焊接熔池的冷却上是不会产生气泡；反之当气泡的溢出速度小于焊接熔池的凝固速度时，完全凝固时产生气孔。
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG407;TG161

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