组织不均匀性对碳锰钢焊缝金属力学性能的影响

发布时间：2020-07-07 13:22

【摘要】：碳锰钢焊缝金属主要由晶界铁素体和针状铁素体组织组成,这两种组织具有不同的力学性能,因此焊缝金属组织具有不均匀性,这种不均匀性会显著影响焊缝金属的力学性能。本文采用小试样拉伸试验和扫描电子显微镜观察研究了焊缝金属组织不均匀性对焊缝金属细观变形和裂纹起裂行为的影响,采用仪器化压痕实验对焊缝金属中不同组织的力学性能进行表征,并采用基于组织的有限元模拟定量分析了组织不均匀性焊缝金属拉伸过程中细观应力应变分布情况及应力三轴度局部集中的影响,探讨了采用塑性应变集中理论预测焊缝金属失效行为的可行性,最后研究了组织不均匀性对热处理状态焊缝金属力学性能的影响,结果表明:(1)焊缝金属中晶界铁素体的屈服强度和加工硬化系数均小于针状铁素体,晶界铁素体是焊缝金属中较“软”的组织,针状铁素体是焊缝金属中较“硬”的组织,焊缝金属组织具有力学性能差异;(2)焊缝金属组织分布情况显著影响拉伸过程细观变形情况和裂纹起裂,焊缝金属的细观变形和裂纹起裂具有各向异性,纵向试样失效模式为劈开型失效,而横向试样失效模式为劈开型和剪切型混合失效;焊缝金属组织不均匀性导致其细观应力应变分布不均匀,针状铁素体承受较高的应力而晶界铁素体承受较高的应变,在晶界铁素体中形成的塑性应变集中带可以预测焊缝金属的失效行为;(3)焊缝金属组织不均匀性导致局部应力三轴度集中,且在拉伸过程中应力三轴度发生变化,在颈缩开始前应力三轴度变化过程可分为初始阶段、转变阶段和稳定阶段三个阶段;(4)焊后热处理会显著影响焊缝金属不同组织的力学性能,进而影响焊缝金属的强度和塑性,热处理后晶界铁素体强度降低,针状铁素体在400℃和700℃热处理后强度降低,在600℃热处理后强度略有上升;在400℃和600℃热处理后焊缝金属塑性应变集中程度显著上升,导致焊缝金属拉伸断裂应变下降。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG457.11
【图文】：

示意图,仪器化,压痕,深度曲线

痕试验简介痕测试技术包括常规范围、显微范围（压痕载荷 P<及纳米范围（压痕深度 h≤0.2μm）的测试[38]，在显微测试中，由金刚石制成的球形压头、圆锥压头或玻氏，在压头压入及移出被测材料的过程中，加载载荷和并记录下来，在完全卸载后得到一组载荷-位移数据，通过对载荷-位移曲线进行分析，可以得到被测材料卸载过程载荷-位移曲线进行分析计算材料力学性能在载荷较小的情况下，通过测量压痕尺寸计算材料硬其他测试局部力学性能的方法，如高能 X 射线衍射米柱压缩试验（micro/nanopillarcompression）等，仪、较为经济的优点。

宏观图,焊接接头

溶液进行腐蚀，采用日立 SU1510 型扫描电子显微镜 2-3 所示。由图 2-3 可见，S355 钢焊缝金属组织主要包状铁素体（AF）两种，且针状铁素体被包围在条带状于两种组织形成的温度和形成方式不同造成的，在焊接度场梯度的存在会形成柱状奥氏体晶粒，粗大的柱状奥最终的组织分布情况：在焊缝金属冷却过程中，奥氏体铁素体首先在原奥氏体晶界处形核并随着冷却的进行不低后，针状铁素体开始在奥氏体晶粒内部的夹杂物粒子体板条形成典型的“网篮状”组织，这种组织晶界众多，的能力[54-56]。表 2-1 焊缝金属化学成分（wt%）Mn Si Cr Ni Cu 1.114 0.470 0.010 0.870 0.090

焊缝金属组织

图 2-3 焊缝金属组织压痕试验线切割机切取盖面层焊缝金属制备仪器化压痕测试试砂纸对试样待测试表面进行打磨，并用 2.5μm 和 1μ次抛光试样表面，机械抛光后对试样待测试表面进行电生的硬化层，最后用 3%硝酸酒精溶液轻腐蚀试样，以素体。痕试验采用安捷伦公司的 Nano indenter G200 试验机进石玻氏压头，载荷分辨率 50 nN，位移分辨率 0.01 nm要求。理想的玻氏压头为三棱锥形，但在加工过程中，的曲率半径，而且在实际使用的过程中，压头会产生一的曲率半径也会因此产生变化，为了避免压头尖端曲率影响，在正式压痕试验开始之前，首先使用石英标准试

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