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304/308L不锈钢激光焊接接头组织与性能关系的研究

时间:2018-03-07 来源:

304不锈钢由于其优异的性能,所以在工业中得到了广泛应用。目前,人们针对304不锈钢焊接接头强化机制的研究主要集中在传统的焊接方法。而激光焊接技术作为一种新型焊接方法,热输入低、焊接速度高、焊接接头质量好等,所以在材料连接领域得到了广泛应用,但激光焊接过程对焊接接头的组织-性能关系的影响还不清楚。很少有人研究304不锈钢激光焊接接头强化机制。

【成果简介】

近日,普渡大学的Keyou Mao在Materials Science and Engineering: A上发表了最新的研究成果“Microstructure-property relationship for AISI 304/308L stainless steel laser weldment”。在该文中,研究人员利用纳米压痕和显微镜技术来研究了焊接接头的组织与性能之间的关系,提出了一种新的焊接接头强化机制。

【致歉:很抱歉,未能找到通讯作者Keyou Mao的确切中文名字,小编表示诚挚的歉意!】

【图文导读】

图1 焊接接头示意图和显微组织

 

304/308L不锈钢激光焊接接头组织与性能关系的研究

 

(a)焊接接头示意图

(b)焊缝的显微组织

(c)热影响区的显微组织

(d)母材的显微组织

图2 晶粒结构和取向

 

304/308L不锈钢激光焊接接头组织与性能关系的研究

 

(a)EBSD晶粒取向图

(b)热影响区树枝晶的SEM图

(c)从母材到热影响区和焊缝过渡过程中晶界角度比例

图3 焊接件不同位置的纳米压痕

 

304/308L不锈钢激光焊接接头组织与性能关系的研究

 

图4 焊接接头的显微硬度和折合模量

 

304/308L不锈钢激光焊接接头组织与性能关系的研究

 

(a)不同载荷下,母材、热影响区和焊缝的折合模量

(b)不同载荷下,母材、热影响区和焊缝的显微硬度

图5 沿压痕分布的硬度和平均晶粒尺寸

 

304/308L不锈钢激光焊接接头组织与性能关系的研究

 

图6 焊接件的位错

 

304/308L不锈钢激光焊接接头组织与性能关系的研究

 

(a)热影响区的TEM明场像和电子衍射的晶带轴

(b)图(a)矩形框内的高倍STEM明场像

(c)母材的TEM明场像

(d)焊丝的TEM明场像

图7 热影响区的Ti-C-N析出相

 

304/308L不锈钢激光焊接接头组织与性能关系的研究

 

(a)TEM明场像

(b)图(a)红框内的TEM明场像

(c)析出相的核的会聚束电子衍射样式

(d)析出相的壳的会聚束电子衍射样式

(e)基体的会聚束电子衍射样式

(f)析出相的EDX分析

图8 Hall-Petch计算值和实验测量值的比较

 

304/308L不锈钢激光焊接接头组织与性能关系的研究

 

图9 提出的强化模型和实验测量值的比较

 

304/308L不锈钢激光焊接接头组织与性能关系的研究

 

图10 应用提出的模型计算得到的晶界强化、固溶强化、位错强化和析出相强化

 

304/308L不锈钢激光焊接接头组织与性能关系的研究

 

【小结】

本文通过对304不锈钢接头(母材、热影响区和焊缝)进行SEM、TEM以及纳米压痕测试,根据显微组织的特点,提出了焊接接头三个区域的显微组织-性能模型,该模型考虑了析出相强化、晶界强化、位错强化和固溶强化,能够准确预测焊接接头三个区域的屈服强度。

和母材以及焊丝相比,热影响区的晶粒尺寸更小,硬度更高。但根据Hall-Petch关系得到的硬度大于实验测量值。热影响区的位错密度和母材以及焊缝的位错密度相近。热影响区会形成核-壳结构的Ti-C-N析出相。热影响区的晶界强化对屈服强度的提高效果比母材和焊丝的效果好。

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